WO2017148684A1 - Self-piercing rivet die - Google Patents

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WO2017148684A1
WO2017148684A1 PCT/EP2017/053004 EP2017053004W WO2017148684A1 WO 2017148684 A1 WO2017148684 A1 WO 2017148684A1 EP 2017053004 W EP2017053004 W EP 2017053004W WO 2017148684 A1 WO2017148684 A1 WO 2017148684A1
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WO
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die
punch rivet
punch
recess
rivet
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PCT/EP2017/053004
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dennis Henke
Daniel Junklewitz
Andreas Marxkors
Franz-Ferdinand Menne
Original Assignee
Böllhoff Verbindungstechnik GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/02Riveting procedures
    • B21J15/025Setting self-piercing rivets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/36Rivet sets, i.e. tools for forming heads; Mandrels for expanding parts of hollow rivets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/086Self-piercing rivets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/10Hollow rivets; Multi-part rivets fastened by expanding mechanically

Definitions

  • the present invention relates to a punch rivet die for setting a punch rivet into at least a first and a second component, a setting tool in combination with this punch rivet, the connection made by means of this punch rivet die between at least two components and a method for producing such a connection.
  • DE 199 05 528 B4 discloses an anvil die.
  • This anvil matrix is characterized by a flat surface, which serves the counter bearing to support the components to be joined together.
  • Such a trained matrix provides an aesthetically pleasing
  • a disadvantage is that the displaced by the punch rivet material of the components can not escape into a Matrizenhohlraum. As a result, the punch rivet is compressed and expanded more than the conventional punch rivet. This loads the material of the components and thus the entire joint connection. In addition, the flat anvil die ensures greater spreading of the punch rivet, which leads to higher compressive stresses in the material of the components. These additional compressive stresses can shorten the life of the compound produced.
  • DE 10 2009 039 936 A1 uses a die for producing a punched-rivet joint, which shows a square die cavity with a central depression. Especially the angular design of this punch rivet matrix ensures a non-uniform Materia! flow during the setting process. This leads to an uncoordinated material distribution within the Matrizenhohlraums. As a consequence, the die cavity is filled unevenly with material of the die-side component, so that the formed closing head does not uniformly surround the spread-out rivet shank.
  • EP 1 078 701 A2 and EP 2 606 993 B1 propose a stamped rivet die with a spherical segment-shaped recess for producing a reliable butted rivet joint.
  • This punch rivet is suitable for more ductile materials, such as aluminum, up to a sheet thickness of 1, 5 mm. Even if the uniformly shaped ball-shaped recess supports a uniform flow of material during the setting process, a lack of spreading of the punch rivet and a possible compression of the punch rivet was found. These operations affect the life of the compound produced.
  • a likewise complicated process for producing a stamped rivet connection is described by DE 44 04 659 A1.
  • the essential objective is to produce a liquid-tight StanznietMIS between two components. It should therefore be avoided that the punch rivet to be set produces negative crack growth in the components.
  • the production of the stamped rivet connection is prepared by preforming the two components to be joined together into a shape complementary to the punch rivet. This object is achieved by means of a punch which engages a punch rivet die whose die cavity is formed by an annular groove for the rivet shank and a central boss for the cavity in the rivet shank. In this way, the spreading of the Halbhohlst rivet is reduced during the setting process.
  • WO 2014/009129 A1 describes a punch rivet die which uses an annular material flow block in the die cavity. This annular material flow blockage is intended to prevent the material of the die-side component from flowing radially outwardly once it has been pressed against the bottom of the die cavity.
  • the material accumulation within the material flow blockage should ensure that the material force counteracting the rivet shank ensures sufficient spreading of the rivet shank. Since the material flow during the joining process is hindered both by the annular material flow blockage as well as by the almost vertically rising side walls of the die, there is only an uneven distribution of material in the die cavity. This also aids in uneven realization of bonding forces within the rivet joint to be made. Also, providing a central depression within the die cavity will only marginally improve material flow during the production of the punched rivet joint.
  • EP 1 294 504 B1 describes a punch rivet die in which excess material can flow out of the die cavity. This is realized, for example, in that an opening to the die cavity allows the component material to flow away. The repressed in this way repressed
  • Component material prevents a material jam in the die cavity from collapsing the set punch rivet. At the same time it is also prevented by the discharged material in the absence of precise matching to the Matrizenhohlraum that sufficient back pressure of the displaced material leads to reliable spreading and thus permanent connection between the two components. It is therefore the object of the present invention to provide a punch rivet die which overcomes existing disadvantages in the prior art and makes a reliable stamped metal connection with a long service life. In addition, it is a further object of the present invention to propose a corresponding punch rivet connection, a setting tool with such a punch rivet die and a method for producing such a connection. 3. Summary of the invention
  • the punch rivet die according to the invention for a setting tool with which a stamped rivet connection can be produced in a plurality of components to form a closing head has the following features: a base body, preferably a cylindrical base body, with an upper side and a rotationally symmetrical design to a center axis of the punch rivet die arranged recess having a diameter DM at the top, the recess comprises a radially outer annular demolding section, an adjoining Ringkanalab- section and a centrally disposed die bottom, wherein in a direction parallel to the central axis cross-section of the Stanznietmatrize a Entformungsschräge of the demolding the top of the punch rivet die an angle ⁇ in the range of 5 ° ⁇ oc ⁇ 45 °, the Entungsungsschräge radially inwardly over a step in a circular arc-shaped countersinking of the ring Channel section with a radius Rs in a range of 8.2 / 1000 D ⁇
  • the above-described shape of the punch rivet die positively influences the material flow of the die-side component during the setting process in order to form a suitable closing head for the joining connection.
  • the predetermined shape of the punch rivet matrix ensures a defined spreading of the punch rivet and a reduction of the mechanical stresses in the rivet base. This is achieved in particular by the fact that the annular channel section provides material-receiving spaces for relieving the rivet foot area.
  • smooth transitions between the annular channel section and the annular demolding section provide for a uniform flow of material that promotes reliable closure copy formation.
  • the draft angle is rectilinear.
  • the Entformungsschräge has a concave-circular arc shape with a radius RES in the range of 7/10 DM ⁇ RE S 9/10 D. Due to the above-mentioned even and barrier-free transition between the annular demolding and the subsequent annular channel section, the deformed in the recess of the Stanznietmatrize material is not just jammed. This material of the die-side component can move into the free spaces provided, so that the Punch rivet is spread evenly during the setting process.
  • the arcuate countersinking of the punch rivet die has a maximum depth TRK relative to the top of the punch rivet die in the range of 6/100 DM ⁇ TRK ⁇ 12/100 DM.
  • TRK maximum depth relative to the top of the punch rivet die
  • the depth of the reduction in the annular gap section is variably adjustable. In this way, a specific material behavior, such as, for example, brittle materials, can be addressed in a targeted manner in order to prevent crack formation in the material
  • Preferred materials according to the invention are brittle materials which have a breaking elongation of less than 15%.
  • Such materials include, for example, magnesium die-cast alloys, high-tempered steels with a strength greater than 900 MPa, or aluminum-copper 1.cgi eruns of the 200 series, and aluminum-zinc! alloys of the 7000 series, just to name a few examples.
  • the inturning slope transitions in a convex step into the countersinking of the annular channel section. It is also preferred according to the invention that the reduction of the annular channel section also merges into the matrix base in a convex step. It has been shown that just the
  • curvilinear shaped transitions provide the preferred connection between the drafting slope and the counterbore and between the countersink and the die bottom. In this way it is also avoided that a material flow on, for example, an edge between the draft angle and the countersinking blocks the material flow, which could lead to an unpredictable compression of the punch rivet during the joining process.
  • the circular arc-shaped countersinking transitions tangentially into the adjacent convex steps in two adjacent transfer points.
  • a width of the circular arc-shaped countersinking of the annular channel section is defined.
  • This width of the circular-arc countersinking is preferably in the range of 3/100 DM ⁇ AUP ⁇ 20/100 DM. It is also clear from the above definition that according to the invention the depression of the punch rivet die is preferably defined by a steadily uniform wall course.
  • the die bottom comprises a central recess with a depth TA in the range of 2/100 DM ⁇ TA ⁇ 8/100 DM and with a preferred diameter DA in the range of 15/100 DM ⁇ D A ⁇ 35/100 DM.
  • This preferred embodiment of the matrix base represents a further possibility to specifically adapt the material volume of the matrix-side material to be accommodated in the depression of the punch rivet die. Furthermore, the shaping of the central recess in the die base also influences the flow behavior of the material and thus the formation of the closing head.
  • the inner contour or the inner shape of the central recess is formed differently.
  • the central recess is cylindrical.
  • Another preferred embodiment recommends to equip the central recess with a central elevation or a conically tapering additional depression. It is further preferred to design the bottom of the central recess with an additional annular gap which includes an arcuate elevation or a semi-elliptical elevation. According to a further preferred embodiment of the central recess, it runs conically in the depth direction.
  • the present invention additionally comprises a punch rivet die for a setting tool, with which a punched rivet connection can be produced in a plurality of components to form a closing head.
  • This stamped rivet die has the following features: a base body, preferably a cylindrical base body, with an upper side and a recess arranged rotationally symmetrical about a central axis of the punch rivet die, which has a diameter DM at the upper side, the recess comprising a radially outer annular Entformungsab mustard, an adjoining annular channel section and a centrally disposed Matrizenboden, wherein in a parallel to the central axis cross-section of the Stanznietmatrize a Entformungs- oblique demolding section with the top of the Stanznietmatrize an angle o in the range of 10 ° ⁇ oc ⁇ 85 °, the Ent formation bevel merges radially inwardly into a circular arc-shaped reduction of the annular channel portion with
  • the spreading behavior of a semi-hollow punch rivet can be influenced to produce an increased undercut.
  • the Nietfuß radially outwardly by means of the combination of annular gap portion and die bottom advantageously radially outwardly ver formed.
  • the die bottom has a centrally arranged rotationally symmetrical elevation, the curvilinear, circular arc, semi-elliptical or is cylindrical. This centrally arranged rotationally symmetrical elevation preferably ensures according to the invention the required material accumulation, with the aid of which the rivet foot is deformed radially outward to form a suitable undercut.
  • the present invention also includes a setting tool with a punch rivet die according to one of the above-described preferred embodiments of the present invention. Furthermore, present invention includes
  • the invention relates to a combination of at least a first component and a second component which has been produced by means of a punch rivet and the punch rivet described above, so that a closing head characterizing the connection has complementary shape features with respect to the punch rivet die.
  • the second component adjacent to the closing head consists of a sensitive or brittle material, preferably a 7000 aluminum alloy.
  • the present invention also discloses a punch rivet method for making a joint in at least a first and a second component by means of a punch rivet, a setting tool and a punch rivet die according to one of the embodiments described above.
  • the punch riveting method has the following steps. Providing the punch rivet die beneath a punch of the setting tool, disposing the first and second components between the punch rivet die and the punch, and setting a punch rivet into the first and second components while forming a closing head having shape features complementary to an inner contour of the punch rivet die.
  • FIG. 1 is a side view of a preferred punch rivet of the present invention.
  • Fig. 2 is a view of the preferred Stanznietmatrize of FIG. 1 from above in the joining direction in the
  • FIG. 3 shows a schematic lateral sectional view of the depression of the punch rivet die preferred according to the invention parallel to the center axis of the punch rivet die, the depression having a ring channel section and a planar die bottom,
  • FIG. 4 shows a further schematic representation of the preferred punch rivet die according to FIG. 3, in which different depths of the annular channel section are indicated
  • 5 shows a further preferred embodiment of the punch rivet die according to the invention in a lateral cross-sectional view
  • Fig. 6 is a plan view of another preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 7 is a side cross-sectional view of the preferred recess of the punch rivet according to
  • FIG. 9 shows the schematic illustration of the further preferred punch rivet die according to FIG. 8, in which different preferred depths of the annular channel section and of the central recess in the die base are indicated, FIG.
  • FIG. 10 shows a further schematic representation of the preferred punch rivet die according to FIG. 8, in which different preferred embodiments of the central recess in the matrix base are schematically illustrated, FIG.
  • Fi. 1 1 is a plan view of a further preferred embodiment of the recess of the punch rivet die according to the invention
  • FIG. 12 is a side sectional view of the recess of the preferred punch rivet according to FIG.
  • Fig. 14 is a side sectional view of the recess of the preferred Stanznietmatrize according to
  • 15 is a schematic representation of another preferred punch rivet die
  • FIG. 16 shows a setting tool according to DE 10 2009 049 616 with the preferred punch rivet die, Fig. 17 ad micrographs and closing heads of inventively preferred compounds
  • FIG. 1 shows a side view of a punch rivet die 1 which is preferred according to the invention.
  • This preferably consists of a cylindrically shaped Grandianu 3 and a Matrizenfuß 5.
  • the Matrizenfuß 5 is used in a known manner, the arrangement and the attachment of the punch rivet 1 in a known setting tool, as shown by way of example in Fig. 16.
  • the present punch rivet is combinable with known setting tools of any type.
  • the die base 5 preferably has a round cross-section. This is disturbed on one side by a notch 7 in its symmetrical contour in order to arrange the punch rivet 1 against rotation in a suitable holder can.
  • FIG. 2 shows the preferred stamped rivet die 1 of FIG. 1 in a plan view.
  • This top view corresponds to a view of the punch rivet die 1 in the joining direction F, which runs parallel to the center axis M of the punch rivet die 1.
  • the main body 3 comprises a preferably rotationally symmetrical about the central axis M arranged recess 9, which is arranged in the upper side 8 of the main body 3.
  • the recess 9 has a diameter DM.
  • the recess 9 is rotationally symmetric divided into different sections.
  • the depression 9 On the upper side 8, ie the side of the punch rivet die 1 facing a punch of the setting tool, the depression 9 begins with an annular removal section 10 arranged radially on the outside.
  • the removal cut-off 10 is in the axial cross section of the punch rivet die 1 according to FIG. 5 on the basis of the radially outwardly disposed draft slope 12 recognizable.
  • the upper side 8 merges into the demoulding slope 12 in a convexly shaped section.
  • the radius ROE see FIG.
  • the punch rivet die 1 in combination with a die-side component made of brittle or resilient material, such as, for example, aluminum alloys of the 7000 series, aluminum die cast materials or magnesium.
  • a material with a modulus of elasticity RM ⁇ 300 MPa such as aluminum, for example, or with a modulus of elasticity M ⁇ 1 500 MPa, such as, for example, high-tempered steel, can also be advantageously used for the die-side component.
  • any material, preferably plastics, reinforced plastics, aluminum, magnesium, alloys of these metals-that is, generally light building materials-as well as steel and other known metal alloys is suitable as a stamp soapy component, ie a cover layer of the compound.
  • the draft bar 12 of the annular mold removal section 10 preferably effects a reduction of cracking in the closing head. To support this effect is preferably the top 8 of the
  • this convex-shaped connection between Entformungsschräge 12 and the counterbore 22 has a radius of about 5/100 D.
  • the Entformungsschräge 12 is straight compared to the concave configuration shown in Figure 5. Accordingly, the Entformungsschräge 12 and thus the annular demolding section 10 has a kegeistumpfieri contour.
  • FIG. 3 shows a schematic and simplified cross-sectional view of the punch rivet die 1 with demoulding section 10, annular channel section 20 and die bottom 30.
  • FIG. 4 shows, based on the illustration in FIG. 3, that a depth TRK of the annular channel section 20 in FIG Reference to the top 8 is targeted.
  • the different dashed lines in the counterbore 22 illustrate the variation of the depth TRK in a preferred range of 6/100 DM ⁇ T RK ⁇ 12/100 DM, where D M denotes the diameter of the recess 9 at the top 8 of the base body 3.
  • the rivet foot during the joining process stressing mechanical stresses are reduced.
  • the annular channel section 20 directs the flow of the material of the die-side component radially outward. Exactly this material flow realizes or supports a defined and controlled spreading of the punch rivet in the punch rivet die 1.
  • the depression 22 of the annular channel section 20 preferably has a radius Rs in the range of 8.2 / 1000 DM ⁇ Rs ⁇ 8.2 / 100 D M.
  • DM denotes the diameter of the recess 9 (see above).
  • This convex step 24 preferably supports a controlled sliding and thus spreading of the Nietfußes the punch rivet during the joining process.
  • a radius R24 of the convex stage 24 in the range of 98/1000 DM ⁇ R 2 4 ⁇ 98/100 DM is adjustable.
  • the annular channel portion 10 has a diameter D20, as shown in Fig. 4. By a suitable choice of the diameter D20, the spreading of the Nietfußes is specifically controlled.
  • the circular arc-shaped countersink 22 merges tangentially into the preferably convex steps 16 and 24 which adjoin on both sides. These transition points are designated in FIG. 5 by the reference symbol UP.
  • the radial distance Aup between adjacent transition points UP defines the radial width of the countersink 22. It is preferably in the range 3/100 DM ⁇ Aup ⁇ 20/100 D M -
  • FIGS. 6 and 7. Another preferred embodiment of the punch rivet die 1 is shown in FIGS. 6 and 7.
  • the countersink 22 has been formed with a larger radius RES and with a greater depth TR.
  • Figure 8 shows schematically a further preferred embodiment of the present invention, which is described in more detail in Figures 1 1 to 14 by further preferred embodiments.
  • the counterbore 22 rises radially inwardly to the level of the die bottom 32.
  • a central recess 34 is provided in the die base 32. This is arranged symmetrically about the central axis M. This recess 34 absorbs displaced material of the die-side component, thereby avoiding a compression of the punching tool and this is additionally relieved.
  • a depth TA of the recess 34 is specifically adaptable to the joining task, which is illustrated in analogy to the explanations and illustrations in FIG. 4 with reference to FIG.
  • the recess 34 is provided with a depth TA in the range of 2/100 DM ⁇ TA ⁇ 8/100 DM and a preferred diameter DA in the range of 15/100 DM ⁇ D A ⁇ 35/100 DM.
  • the diameter DA is preferably determined at the level of the die bottom 32.
  • the recess 34 is cylindrically shaped (a).
  • the cylindrically shaped recess 34 tapers in the depth (d) or is truncated cone-shaped (e).
  • a bottom of the recess 34 is configured with a circumferential annular channel and a central elevation (b) or only with a central elevation (c).
  • FIG. 15 shows another preferred embodiment of the present invention.
  • This punch rivet die 1 ' is characterized by the following features with respect to the schematic cross section shown in FIG.
  • the Entformungsschräge 12 'of the demolding section 10' includes with the top 8 'of the punch rivet ⁇ an angle o' in the range of 10 ° ⁇ x ' ⁇ 85 °.
  • the circular-arc-shaped depression 22 ' rises in a circular arc shape relative to the die base 32 via at least one first step 36. Due to the specific combination of the annular channel section 20 'and the stepwise rise of the die bottom or the rise from the depression 22' to the highest point of the die bottom 32 *, a stronger lateral spreading of the rivet foot is achieved in addition to a uniform material flow to reduce cracking. This increased spreading achieves a larger undercut against the joining direction of the set punched rivet. Since the connection of the components is not weakened by cracking and also the reinforced undercut promotes the life of the compound and its strength, this Stanznietgeometrie leads to increased connection quality.
  • the die bottom 32' has a centrally arranged rotationally symmetrical elevation 40. This is preferably designed for selective spreading of the punched rivet and for increasing the undercut curvilinear or arcuate or semi-elliptical or cylindrical.
  • FIG. 16 schematically shows a known setting tool in combination with the punch rivet die 1 according to the invention; ⁇ .
  • compounds made therewith are shown using the whip images in FIG.
  • FIG. 17 a shows a punched-rivet connection which has been produced with a punch rivet die 1 according to FIG.
  • FIG. 17b shows the closing head of this connection.
  • FIG. 17 c shows a punched rivet connection which has been produced with a punched rivet die 1 with a central cutout 34.
  • FIG. 18 shows the micrograph of a connection made with the punch rivet die ⁇ according to FIG.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

The present invention describes a self-piercing rivet die for a rivet gun, by which die a self-piercing rivet connection can be produced in a plurality of components by formation of a closing head. This self-piercing rivet die (1) is characterised by a main body (3) with a top face (8) and a recess (9) which is formed thereon and is arranged rotationally symmetrically relative to a central axis M of the self-piercing rivet die 1. In the cross-section of the self-piercing rivet die (1) the recess (9) has a draft angle (12) of the draft section (10) which merges radially via a step (16) into an arcuate depression (22) of the annular channel section (20), wherein radially inwards the arcuate depression (22) rises in a rectilinear or arcuate or curvilinear manner to the die base (30).

Description

Stanznietmatrize  Stanznietmatrize
1 . Gebiet der Erfindung 1 . Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanznietmatrize zum Setzen eines Stanzniets in zumindest ein erstes und ein zweites Bauteil, ein Setzgerät in Kombination mit dieser Stanznietmatrize, die mithilfe dieser Stanznietmatrize hergestellte Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Verbindung. 2. Hintergrund der Erfindung The present invention relates to a punch rivet die for setting a punch rivet into at least a first and a second component, a setting tool in combination with this punch rivet, the connection made by means of this punch rivet die between at least two components and a method for producing such a connection. 2. Background of the invention
Im Stand der Technik ist das Verbinden von zumindest einem ersten und einem zweiten Bauteil mithilfe eines Stanzniets bekannt. Zu diesem Zweck wird mithilfe eines Setzgeräts ein Stanzniet in die mindestens zwei Bauteile eingetrieben, wobei sich die mindestens zwei Bauteile an einer gegenüber dem Stempel angeordneten Matrize abstützen. Diese Matrize wirkt sich aufgrund ihrer Formgestaltung auf die Eigen- schaften der Fügeverbindung aus.  In the prior art, the joining of at least one first and one second component by means of a punch rivet is known. For this purpose, a punch rivet is driven into the at least two components by means of a setting device, wherein the at least two components are supported on a die arranged opposite the punch. Due to its shape, this matrix has an effect on the properties of the joint.
So geht beispielsweise aus DE 199 05 528 B4 eine Ambossmatrize hervor. Diese Ambossmatrize zeichnet sich durch eine ebene Oberfläche aus, die das Gegenlager zur Abstützung der miteinander zu verbindenden Bauteile dient. Eine derart ausgebildete Matrize sorgt für eine ästhetisch ansprechende For example, DE 199 05 528 B4 discloses an anvil die. This anvil matrix is characterized by a flat surface, which serves the counter bearing to support the components to be joined together. Such a trained matrix provides an aesthetically pleasing
Oberfläche, an der dem Stanzniet abgewandten Seite der Fügeverbindung. Dies ist gerade bei sichtbaren Stanznietverbindungen von Vorteil. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass das durch den Stanzniet verdrängte Material der Bauteile nicht in einen Matrizenhohlraum ausweichen kann. Dies führt dazu, dass der Stanzniet stärker als beim herkömmlichen Stanznieten gestaucht und gespreizt wird. Dies belastet das Material der Bauteile und somit die gesamte Fügeverbindung. Zudem sorgt die ebene Ambossmatrize für eine stärkere Aufspreizung des Stanzniets, was zu höheren Druckspannungen im Material der Bauteile führt. Auch diese zusätzlichen Druckspannungen können die Lebensdauer der hergestellten Verbindung verkürzen. Surface at the side of the joint connection facing away from the punch rivet. This is particularly advantageous with visible punch rivet connections. A disadvantage, however, is that the displaced by the punch rivet material of the components can not escape into a Matrizenhohlraum. As a result, the punch rivet is compressed and expanded more than the conventional punch rivet. This loads the material of the components and thus the entire joint connection. In addition, the flat anvil die ensures greater spreading of the punch rivet, which leads to higher compressive stresses in the material of the components. These additional compressive stresses can shorten the life of the compound produced.
In DE 10 2009 039 936 AI wird eine Matrize zum Herstellen einer Stanznietverbindung eingesetzt, die einen eckigen Matrizenhohlraum mit einer zentralen Vertiefung zeigt. Gerade die eckige Ausgestaltung dieser Stanzniet matrize sorgt für einen ungleichförmigen Materia! tluss während des Setzvorgangs. Dies führt zu einer unkoordinierten Materialverteilung innerhalb des Matrizenhohlraums. Als Konsequenz ist der Matrizenhohlraum ungleichmäßig mit Material des matrizenseitigen Bauteils gefüllt, so dass der ausgebildete Schließkopf nicht gleichmäßig den aufgespreizten Nietschaft umschließt. EP 1 078 701 A2 und EP 2 606 993 Bl schlagen zur Herstellung einer verlässlidien Stanznietverbindung eine Stanznietmatrize mit einer kugelabschnittsförmigen Vertiefung vor. Diese Stanznietmatrize ist gerade für duktilere Werkstoffe, wie beispielsweise Aluminium, bis zu einer Blechdicke 1 ,5 mm geeignet. Auch wenn die gleichmäßig geformte kugel abschn itts formige Vertiefung einen gleichmäßigen Material- fluss während des Setzvorgangs unterstützt, wurde ein fehlendes Aufspreizen des Stanzniets sowie ein mögliches Stauchen des Stanzniets festgestellt. Diese Vorgänge beeinträchtigen die Lebensdauer der hergestellten Verbindung. DE 10 2009 039 936 A1 uses a die for producing a punched-rivet joint, which shows a square die cavity with a central depression. Especially the angular design of this punch rivet matrix ensures a non-uniform Materia! flow during the setting process. This leads to an uncoordinated material distribution within the Matrizenhohlraums. As a consequence, the die cavity is filled unevenly with material of the die-side component, so that the formed closing head does not uniformly surround the spread-out rivet shank. EP 1 078 701 A2 and EP 2 606 993 B1 propose a stamped rivet die with a spherical segment-shaped recess for producing a reliable butted rivet joint. This punch rivet is suitable for more ductile materials, such as aluminum, up to a sheet thickness of 1, 5 mm. Even if the uniformly shaped ball-shaped recess supports a uniform flow of material during the setting process, a lack of spreading of the punch rivet and a possible compression of the punch rivet was found. These operations affect the life of the compound produced.
Im Fahrzeugbau werden immer häufiger Magnesium- und Aluminiumbauteile eingesetzt. Diese tragen aufgrund ihres reduzierten Gewichts, beispielsweise im Vergleich zu Stahlwerkstoffen, zu einer Reduktion des Fahrzeuggewichts und somit des Kraftstoffverbrauchs bei. Werden jedoch Verbindungen zwischen aus diesen Materialien bestehenden Bauteilen hergestellt, wie beispielsweise Bauteile aus In vehicle construction, more and more magnesium and aluminum components are used. These contribute due to their reduced weight, for example, compared to steel materials, to a reduction of the vehicle weight and thus the fuel consumption. However, connections are made between components made of these materials, such as components
Aluminium der 7000er-Reihe, sind diese Verbindungen häufig durch negative Rissbildung beeinträchtigt. DE 1 1 2012 003 904 T5 schlägt daher eine passende Wärmebehandlung für Stanzmetverbindungen in derartigen Werkstoffen vor. Zwar kann die hier beschriebene Wärmebehandlung die Rissbildung reduzieren, sie erhöht aber auch den Aufwand zur Herstellung derartiger Verbindungen. Daher ist es ein Ziel vorliegender Erfindung, eine passend gestaltete Stanznietmatrize vorzuschlagen, die selbst bei der 7000 series aluminum, these compounds are often affected by negative cracking. DE 1 1 2012 003 904 T5 therefore proposes a suitable heat treatment for stamped metal compounds in such materials. Although the heat treatment described here can reduce the formation of cracks, it also increases the expense of producing such compounds. Therefore, it is an object of the present invention to propose a suitably designed Stanznietmatrize, even in the
Herstellung einer Stanznietverbindung in spröden Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium der 7000er-Serie oder Aluminiumlegierungen, eine zusätzliche thennische Behandlung überflüssig macht. Making a riveted joint in brittle materials such as 7000 series aluminum or aluminum alloys eliminates the need for additional thennical treatment.
Ein ebenfalls aufwendiges Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung beschreibt DE 44 04 659 AI . Hier besteht das wesentliche Ziel darin, eine flüssigkeitsdichte Stanznietverbindung zwischen zwei Bauteilen herzustellen. Es soll somit vermieden werden, dass der zu setzende Stanzniet negatives Risswachstum in den Bauteilen erzeugt. Aus diesem Grund wird das Herstellen der Stanznietverbindung durch ein Vorformen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile in eine zum Stanzniet komplementäre Form vorbereitet. Dieses Ziel wird mithilfe eines Stempels erzielt, der in eine Stanznietmatrize eingreift, deren Matrizenhohlraum durch eine ringförmige Vertiefung für den Nietschaft und eine zentrale Erhebung für den Hohlraum im Nietschaft ausgebildet ist. Auf diese Weise wird das Aufspreizen des Halbhohlst anzniets während des Setzvorgangs reduziert. Zudem reduziert sich die Belastung des stempel- seitigen Bauteils durch den Stanzniet, so dass dieser während des Setzvorgangs die dem Stempel zugewandte Blechlage nicht durchtrennt. Auf diese Weise wird durch die an die Länge des Stanzniets angepasste Tiefe der Matrize der eigentliche Stanznietvorgang eingeschränkt. Denn durch den an den Stanzniet angepassten ausreichend großen Matrizenhohlraum wirkt, dem Stanzniet keine ausreichend große Gegenkraft entgegen, die zum Stauchen des Stanzniets und zur Ausbildung eines ausreichenden Hinterschnitts führt. WO 2014/009129 AI beschreibt eine Stanznietmatrize, die im Matrizenhohlraum eine ringförmige Materialflussblockade nutzt. Diese ringförmige Materialflussblockade soll verhindern, dass der Werkstoff des matrizenseitigen Bauteils radial auswärts fließt, sobald er gegen den Boden des Matrizenhohlraums gedrückt worden ist. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, dass eine ausreichende Materialrestdicke unterhalb des Stanzniets nach Herstellung der Verbindung vorhanden ist. Zudem soll der Materialstau innerhalb der Materialflussblockade dafür sorgen, dass die dem Nietschaft entgegenwirkende Materialkraft für eine ausreichende Aufspreizung des Nietschafts sorgt. Da der Materialfluss während des Fügevorgangs sowohl durch die ringförmige Materialflussblockade wie auch durch die nahezu senkrecht aufragenden Seitenwände der Matrize behindert wird, erfolgt eine nur ungleichmäßige Materialverteilung im Matrizenhohlraum. Diese unterstützt eine ungleichmäßige Realisierung von Verbindungskräften innerhalb der herzustellenden Stanznietverbindung, Auch die Bereitstellung einer zentralen Vertiefung innerhalb des Matrizenhohlraums verbessert nur geringfügig den Materialfluss während der Herstellung der Stanznietverbindung. Denn gerade wenn diese Vertiefung in Kombination mit der ringförmigen Materialflussblockade verwendet wird, entsteht zunächst eine Art Abschirmung des radial äußeren Matrizenhohl- raums, bis das Volumen der zentralen Vertiefung und der ringförmigen Materialflussblockade durch verdrängtes Material des der Matrize zugewandten Bauteils gefüllt worden ist. Erst danach fließt Material in den übrigen Matrizenhohlraum. Diese stufenartige Ausbildung des Schließkopfes innerhalb des Matrizenhohlraums erfordert gerade bei spröden Werkstoffen ein ausreichend großes Füllvolumen für den Matrizenhohlraum. Dieses ist häufig nicht gegeben, was zu einer Schwächung der hergestellten A likewise complicated process for producing a stamped rivet connection is described by DE 44 04 659 A1. Here, the essential objective is to produce a liquid-tight Stanznietverbindung between two components. It should therefore be avoided that the punch rivet to be set produces negative crack growth in the components. For this reason, the production of the stamped rivet connection is prepared by preforming the two components to be joined together into a shape complementary to the punch rivet. This object is achieved by means of a punch which engages a punch rivet die whose die cavity is formed by an annular groove for the rivet shank and a central boss for the cavity in the rivet shank. In this way, the spreading of the Halbhohlst rivet is reduced during the setting process. In addition, the load on the punch-side component is reduced by the punch rivet, so that it does not cut through the sheet metal layer facing the punch during the setting process. In this way, the actual punch riveting process is limited by the depth of the die adapted to the length of the punch rivet. Because the sufficiently large die cavity adapted to the punch rivet does not counteract the punch rivet with sufficiently large counterforce, which leads to compression of the punch rivet and formation of a sufficient undercut. WO 2014/009129 A1 describes a punch rivet die which uses an annular material flow block in the die cavity. This annular material flow blockage is intended to prevent the material of the die-side component from flowing radially outwardly once it has been pressed against the bottom of the die cavity. In this way, it should be ensured that a sufficient material residue thickness is present below the punch rivet after the connection has been established. In addition, the material accumulation within the material flow blockage should ensure that the material force counteracting the rivet shank ensures sufficient spreading of the rivet shank. Since the material flow during the joining process is hindered both by the annular material flow blockage as well as by the almost vertically rising side walls of the die, there is only an uneven distribution of material in the die cavity. This also aids in uneven realization of bonding forces within the rivet joint to be made. Also, providing a central depression within the die cavity will only marginally improve material flow during the production of the punched rivet joint. For it is precisely when this depression is used in combination with the annular material flow blockage that a kind of shielding of the radially outer cavity of the mold is initially created, until the volume of the central depression and the annular material flow blockage has been filled by displaced material of the component facing the die. Only then does material flow into the remainder of the die cavity. This step-like design of the closing head within the Matrizenhohlraum requires just in brittle materials a sufficiently large filling volume for the Matrizenhohlraum. This is often not given, resulting in a weakening of the manufactured
Stanznietverbindung führt. Punch rivet connection leads.
EP 1 294 504 Bl beschreibt eine Stanznietmatrize, in der übermäßiges Material aus dem Matrizenhohlraum abfließen kann. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass eine Öffnung zum Matrizenhohlraum ein Abfließen des Bauteilmaterials ermöglicht. Das auf diese Weise abgeführte verdrängte EP 1 294 504 B1 describes a punch rivet die in which excess material can flow out of the die cavity. This is realized, for example, in that an opening to the die cavity allows the component material to flow away. The repressed in this way repressed
Bauteilmaterial verhindert, dass ein Materialstau im Matrizenhohlraum den gesetzten Stanzniet kollabieren lässt. Gleichzeitig wird durch das abgeführte Material bei fehlender genauer Abstimmung auf den Matrizenhohlraum aber auch verhindert, dass ein ausreichender Gegendruck des verdrängten Materials zur verlässlichen Aufspreizung und somit dauerhaften Verbindung zwischen beiden Bauteilen führt. Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Stanznietmatrize vorzuschlagen, die im Stand der Technik vorhandene Nachteile überwindet und eine verlässliche Stanzmetverbindung mit großer Lebensdauer herstellbar macht. Zudem ist es eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung, eine entsprechende Stanznietverbindung, ein Setzgerät mit einer derartigen Stanznietmatrize sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Verbindung vorzuschlagen. 3. Zusammenfassung der Erfindung Component material prevents a material jam in the die cavity from collapsing the set punch rivet. At the same time it is also prevented by the discharged material in the absence of precise matching to the Matrizenhohlraum that sufficient back pressure of the displaced material leads to reliable spreading and thus permanent connection between the two components. It is therefore the object of the present invention to provide a punch rivet die which overcomes existing disadvantages in the prior art and makes a reliable stamped metal connection with a long service life. In addition, it is a further object of the present invention to propose a corresponding punch rivet connection, a setting tool with such a punch rivet die and a method for producing such a connection. 3. Summary of the invention
Die obige Aufgabe wird durch eine Stanznietmatrize gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 10, durch ein Setzgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12, durch eine Verbindung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13 sowie durch ein Stanznietverfahren gemäß dem unabhängigen Patcntan- sprach 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen.  The above object is achieved by a punch rivet die according to independent claims 1 and 10, by a setting tool according to independent claim 12, by a connection according to independent claim 13 and by a punch riveting method according to independent patent claim 15. Further advantageous embodiments and further developments of the present invention will become apparent from the following description, the accompanying drawings and the appended claims.
Die erfindungsgemäße Stanznietmatrize für ein Setzgerät, mit der eine Stanznietverbindung in einer Mehrzahl von Bauteilen unter Ausbildung eines Schließkopfes herstellbar ist, weist die folgenden Merkmale auf: einen Grundkörper, vorzugsweise einen zylindrischen Grundkörper, mit einer Oberseite und einer darin ausgebildeten rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse der Stanznietmatrize angeordneten Vertiefung, die an der Oberseite einen Durchmesser DM aufweist, die Vertiefung umfasst einen radial außen angeordneten ringförmigen Entformungsabschnitt, einen sich daran anschließenden Ringkanalab- schnitt und einen mittig angeordneten Matrizenboden, wobei in einem parallel zur Mittelachse verlaufenden Querschnitt der Stanznietmatrize eine Entformungsschräge des Entformungsabschnitts mit der Oberseite der Stanznietmatrize einen Winkel < im Bereich von 5° < oc < 45° einschließt, die Entformungsschräge radial einwärts über eine Stufe in eine kreisbogenförmige Senkung des Ringkanalabschnitts mit einem Radius Rs in einem Bereich von 8,2/1000 D < Rs < 8,2/100 DM übergeht und radial einwärts die kreisbogenförmige Senkung geradlinig oder kreisbogenförmig zum Matri/.cnbodcn ansteigt. The punch rivet die according to the invention for a setting tool with which a stamped rivet connection can be produced in a plurality of components to form a closing head, has the following features: a base body, preferably a cylindrical base body, with an upper side and a rotationally symmetrical design to a center axis of the punch rivet die arranged recess having a diameter DM at the top, the recess comprises a radially outer annular demolding section, an adjoining Ringkanalab- section and a centrally disposed die bottom, wherein in a direction parallel to the central axis cross-section of the Stanznietmatrize a Entformungsschräge of the demolding the top of the punch rivet die an angle < in the range of 5 ° <oc <45 °, the Entungsungsschräge radially inwardly over a step in a circular arc-shaped countersinking of the ring Channel section with a radius Rs in a range of 8.2 / 1000 D <Rs <8.2 / 100 DM and radially inwardly the arcuate reduction increases rectilinear or circular arc to Matri / .cnbodcn.
Die oben beschriebene Form der Stanznietmatrize beeinflusst positiv den Materialfluss des matrizenseiti- gen Bauteils während des Setzvorgangs, um einen geeigneten Schließkopf für die Fügeverbindung zu bilden. Dabei sorgt gleichzeitig die vorgegebene Form der Stanznietmatrize für ein definiertes Aufspreizen des Stanzniets und eine Reduzierung der mechanischen Spannungen im Nietfuß. Dies wird gerade dadurch erzielt, dass der Ringkanalabschnitt materialaufnehmende Räume zur Entlastung des Nietfußbereichs bereitstellt. Zudem sorgen gleichmäßige Übergänge zwischen dem Ringkanalabschnitt und dem ringförmigen Entformungsabschnitt für einen gleichförmigen Materialfluss, der eine verlässliche Schließkopiausbildung unterstützt. The above-described shape of the punch rivet die positively influences the material flow of the die-side component during the setting process in order to form a suitable closing head for the joining connection. At the same time, the predetermined shape of the punch rivet matrix ensures a defined spreading of the punch rivet and a reduction of the mechanical stresses in the rivet base. This is achieved in particular by the fact that the annular channel section provides material-receiving spaces for relieving the rivet foot area. In addition, smooth transitions between the annular channel section and the annular demolding section provide for a uniform flow of material that promotes reliable closure copy formation.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize ist die Entformungsschräge geradlinig ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Entformungsschräge eine konkav-kreisbogenförmige Gestalt mit einem Radius RES im Bereich von 7/10 DM < RES 9/10 D auf. Aufgrund des bereits oben angesprochenen gleichmäßigen und barrierefreien Übergangs zwischen dem ringförmigen Entformungsabschnitt und dem sich anschließenden Ringkanalabschnitt wird das in der Vertiefung der Stanznietmatrize verformte Material gerade nicht gestaut. Dieses Material des matrizenseitigen Bauteils kann sich in die bereitgestellten Freiräume bewegen, so dass der Stanzniet während des Setzvorgangs gleichmäßig aufgespreizt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung weist die kreisbogenförmige Senkung der Stanznietmatrize eine maximale Tiefe TRK bezogen auf die Oberseite der Stanznietmatrize im Bereich von 6/100 DM < TRK < 12/100 DM auf. In Anhängigkeit von dem Material des matrizenseitigen Bauteils ist die Tiefe der Sen- kung im Ringspaltabschnitt variabel einstellbar. Auf diese Weise kann gezielt auf ein bestimmtes Materialverhalten, wie beispielsweise bei spröden Materialien, eingegangen werden, um Rissbildung im According to a first preferred embodiment of the punch rivet die according to the invention, the draft angle is rectilinear. According to a further preferred embodiment, the Entformungsschräge has a concave-circular arc shape with a radius RES in the range of 7/10 DM <RE S 9/10 D. Due to the above-mentioned even and barrier-free transition between the annular demolding and the subsequent annular channel section, the deformed in the recess of the Stanznietmatrize material is not just jammed. This material of the die-side component can move into the free spaces provided, so that the Punch rivet is spread evenly during the setting process. According to another preferred embodiment of the present invention, the arcuate countersinking of the punch rivet die has a maximum depth TRK relative to the top of the punch rivet die in the range of 6/100 DM <TRK <12/100 DM. Depending on the material of the die-side component, the depth of the reduction in the annular gap section is variably adjustable. In this way, a specific material behavior, such as, for example, brittle materials, can be addressed in a targeted manner in order to prevent crack formation in the material
Schließkopf zu vermeiden. Erfindungsgemäß bevorzugt werden als spröde Werkstoffe Materialien bezeichnet, die eine Bruchdehnun von weniger als 1 5 % aufweisen. Zu derartigen Materialien zählen beispielsweise Magnesium-Druckguss-Legierungen, hochvergütete Stähle mit einer Festigkeit über 900 MPa oder Alumi n ium- Kupfer- 1.cgi erun en der 200er Serie sowie Aluminium-Zink-! .egierungen der 7000er Serie, um nur einige Beispiele zu nennen. To avoid closing head. Preferred materials according to the invention are brittle materials which have a breaking elongation of less than 15%. Such materials include, for example, magnesium die-cast alloys, high-tempered steels with a strength greater than 900 MPa, or aluminum-copper 1.cgi eruns of the 200 series, and aluminum-zinc! alloys of the 7000 series, just to name a few examples.
Weiterhin bevorzugt geht die 1 int formungsschräge in einer konvexen Stufe in die Senkung des Ringkanalabschnitts über. Es ist zudem erfindungsgemäß bevorzugt, dass auch die Senkung des Ringkanalab- Schnitts in einer konvexen Stufe in den Matrizenboden übergeht. Es hat sich gezeigt, dass gerade dieFurthermore, preferably, the inturning slope transitions in a convex step into the countersinking of the annular channel section. It is also preferred according to the invention that the reduction of the annular channel section also merges into the matrix base in a convex step. It has been shown that just the
Vermeidung kantiger Ubergänge den Materialfiuss innerhalb der Vertiefung der Stanznietmatrize unterstützt. Daher stellen krummlinig geformte Übergänge die bevorzugte Verbindung zwischen der Ent formungsschräge und der Senkung sowie zwischen der Senkung und dem Matrizenboden bereit. Auf diese Weise wird ebenfalls vermieden, dass ein Materialfiuss an beispielsweise einer Kante zwischen Entfor- mungsschräge und Senkung den Materialfiuss blockiert, was zu einer unvorhersehbaren Stauchung des Stanzniets während des Fügevorgangs führen könnte. Avoidance of angular transitions supports the material flow within the recess of the punched rivet die. Therefore, curvilinear shaped transitions provide the preferred connection between the drafting slope and the counterbore and between the countersink and the die bottom. In this way it is also avoided that a material flow on, for example, an edge between the draft angle and the countersinking blocks the material flow, which could lead to an unpredictable compression of the punch rivet during the joining process.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausrührungsform der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize geht die kreisbogenförmige Senkung in zwei benachbarten Ubergaiigspunkten tangential in die benachbarten kon- vexen Stufen über. Durch einen radialen Abstand AUF zwischen den benachbarten Übergangspunkten wird eine Breite der kreisbogenförmigen Senkung des Ringkanalabschnitts definiert. Diese Breite der kreisbogenförmigen Senkung liegt vorzugsweise im Bereich von 3/100 DM < AUP < 20/100 DM. Auch aus obiger Definition geht hervor, dass erfindungsgemäß bevorzugt die Vertiefung der Stanznietmatrize durch einen stetig gleichmäßigen Wandverlauf definiert ist. Dabei ist neben der Tiefe der Senkung des Ringkanalabschnitts ebenfalls die Breite der Senkung des Ringkanalabschnitts an die jeweilige Materialwahl des matrizenseitigen Bauteils anpassbar. Entsprechend wird das durch die Vertiefung der Stanznietmatrize aufnehmbare Volumen unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften zumindest des matrizenseitigen Bauteils gezielt gestaltet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform vorliegender Erfindung umfasst der Matrizenboden eine mittige Aussparung mit einer Tiefe TA im Bereich von 2/100 DM < TA < 8/ 100 DM und mit einem bevorzugten Durchmesser DA im Bereich von 15/100 DM < DA < 35/100 DM. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Matrizenbodens stellt eine weitere Möglichkeil dar, um gezielt das in der Vertiefung der Stanznietmatrize aufzunehmende Materialvolumen des matrizenseitigen Materials anzupassen. Des Weiteren wird mithilfe der Formgestaltung der mittigen Aussparung im Matrizenboden auch das Fließverhal- ten des Materials und somit die Ausbildung des Schließkopfes beeinflusst. According to a further preferred embodiment of the punch rivet die according to the invention, the circular arc-shaped countersinking transitions tangentially into the adjacent convex steps in two adjacent transfer points. By a radial distance OP between the adjacent transition points, a width of the circular arc-shaped countersinking of the annular channel section is defined. This width of the circular-arc countersinking is preferably in the range of 3/100 DM <AUP <20/100 DM. It is also clear from the above definition that according to the invention the depression of the punch rivet die is preferably defined by a steadily uniform wall course. In this case, in addition to the depth of the reduction of the annular channel portion also the width of the reduction of the annular channel portion to the respective choice of material of the die-side component can be adapted. Accordingly, the volume which can be accommodated by the depression of the punch rivet die is designed in a targeted manner, taking into account the material properties of at least the die-side component. According to a further preferred embodiment of the present invention, the die bottom comprises a central recess with a depth TA in the range of 2/100 DM <TA <8/100 DM and with a preferred diameter DA in the range of 15/100 DM <D A <35/100 DM. This preferred embodiment of the matrix base represents a further possibility to specifically adapt the material volume of the matrix-side material to be accommodated in the depression of the punch rivet die. Furthermore, the shaping of the central recess in the die base also influences the flow behavior of the material and thus the formation of the closing head.
Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen vorliegender Erfindung ist die Innenkontur bzw. die innere Form der mittigen Aussparung unterschiedlich ausgebildet. Gemäß einer ersten Alternative ist die mittige Aussparung zylindrisch ausgebildet. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform emp- fiehlt, die mittige Aussparung mit einer zentralen Erhebung oder einer konisch zulaufenden zusätzlichen Absenkung auszustatten. Es ist des Weiteren bevorzugt, den Boden der mittigen Aussparung mit einem zusätzlichen Ringspalt auszugestalten, der eine kreisbogenförmige Erhebung oder eine halbelliptische Erhebung einschließt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der mittigen Aussparung läuft diese in Tiefenrichtung konisch zu. According to different preferred embodiments of the present invention, the inner contour or the inner shape of the central recess is formed differently. According to a first alternative, the central recess is cylindrical. Another preferred embodiment recommends to equip the central recess with a central elevation or a conically tapering additional depression. It is further preferred to design the bottom of the central recess with an additional annular gap which includes an arcuate elevation or a semi-elliptical elevation. According to a further preferred embodiment of the central recess, it runs conically in the depth direction.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Stanznietmatrize für ein Setzgerät, mit der eine Stanznietverbindung in einer Mehrzahl von Bauteilen unter Ausbildung eines Schließkopfes herstellbar ist. Diese Stanznietmatrize weist die folgenden Merkmale auf: einen Grundkörper, vorzugsweise einen zylindrischen Grundkörper, mit einer Oberseite und einer darin ausgebildeten rotationssymmetrisch zu einer Mit- telachse der Stanznietmatrize angeordneten Vertiefung, die an der Oberseite einen Durchmesser DM aufweist, die Vertiefung umfasst einen radial außen angeordneten ringförmigen Entformungsabschnitt, einen sich daran anschließenden Ringkanalabschnitt und einen mittig angeordneten Matrizenboden, wobei in einem parallel zur Mittelachse verlaufenden Querschnitt der Stanznietmatrize eine Entformungs- schräge des Entformungsabschnitts mit der Oberseite der Stanznietmatrize einen Winkel o im Bereich von 10° < oc < 85° einschließt, die Ent formungsschräge radial einwärts in eine kreisbogenförmige Senkung des Ringkanalabschnitts mit einem Radius Rs in einem Bereich von 8,2/1000 DM < Rs < 8,2/100 DM übergeht und radial einwärts die kreisbogenförmige Senkung über zumindest eine erste Stufe kreisbogenförmig zum Matrizenboden ansteigt. Es hat sich gezeigt, dass gerade mit dieser bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung das Aufspreizverhalten eines Halbhohlstanzniets zur Erzeugung eines gesteigerten Hinterschnitts beeinflusst werden kann. Dabei wird der Nietfuß radial auswärts mithilfe der Kombination aus Ringspaltabschnitt und Matrizenboden in vorteilhafter Weise radial auswärts ver formt. In diesem Zusammenhang ist es erfmdungsgemäß bevorzugt, dass der Matrizenboden eine mittig angeordnete rotationssymmetrische Erhebung aufweist, die krummlinig, kreisbogenförmig, halbelliptisch oder zylindrisch ausgebildet ist. Diese mittig angeordnete rotationssymmetrische Erhebung sorgt erfindungsgemäß bevorzugt für den erforderlichen Materialstau, mit dessen Hilfe der Nietfuß radial auswärts zur Ausbildung eines passenden Hinterschnitts verformt wird. The present invention additionally comprises a punch rivet die for a setting tool, with which a punched rivet connection can be produced in a plurality of components to form a closing head. This stamped rivet die has the following features: a base body, preferably a cylindrical base body, with an upper side and a recess arranged rotationally symmetrical about a central axis of the punch rivet die, which has a diameter DM at the upper side, the recess comprising a radially outer annular Entformungsabschnitt, an adjoining annular channel section and a centrally disposed Matrizenboden, wherein in a parallel to the central axis cross-section of the Stanznietmatrize a Entformungs- oblique demolding section with the top of the Stanznietmatrize an angle o in the range of 10 ° <oc <85 °, the Ent formation bevel merges radially inwardly into a circular arc-shaped reduction of the annular channel portion with a radius Rs in a range of 8.2 / 1000 DM <Rs <8.2 / 100 DM and radially inwardly the arcuate reduction over at least one e First step rises in a circular arc to Matrizenboden. It has been shown that it is precisely with this preferred embodiment of the present invention that the spreading behavior of a semi-hollow punch rivet can be influenced to produce an increased undercut. In this case, the Nietfuß radially outwardly by means of the combination of annular gap portion and die bottom advantageously radially outwardly ver formed. In this context, it is erfmdungsgemäß preferred that the die bottom has a centrally arranged rotationally symmetrical elevation, the curvilinear, circular arc, semi-elliptical or is cylindrical. This centrally arranged rotationally symmetrical elevation preferably ensures according to the invention the required material accumulation, with the aid of which the rivet foot is deformed radially outward to form a suitable undercut.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Setzgerät mit einer Stanznietmatrize gemäß einer der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung. Des Weiteren umfasst vorliegendeThe present invention also includes a setting tool with a punch rivet die according to one of the above-described preferred embodiments of the present invention. Furthermore, present invention includes
Erfindung eine Verbindung aus zumindest einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, die mithilfe eines Stanzniets und der oben beschriebenen Stanznietmatrize hergestellt worden ist, so dass ein die Verbindung charakterisierender Schließkopf komplementäre Formmerkmale in Bezug auf die Stanznietmatrize aufweist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform vorliegender Erfindung besteht das zum Schließkopf benachbarte zweite Bauteil aus einem empfindlichen oder spröden Material, vorzugsweise aus einer 7000er- Aluminiumlegierung. The invention relates to a combination of at least a first component and a second component which has been produced by means of a punch rivet and the punch rivet described above, so that a closing head characterizing the connection has complementary shape features with respect to the punch rivet die. According to a further preferred embodiment of the present invention, the second component adjacent to the closing head consists of a sensitive or brittle material, preferably a 7000 aluminum alloy.
Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Stanznietverfahren zur Herstellung einer Verbindung in zumindest einem ersten und einem zweiten Bauteil mithilfe eines Stanzniets, einem Setzgerät und einer Stanznietmatrize gemäß einer der oben beschriebenen Ausfuhrungsfonnen. Das Stanznietverfahren weist die folgenden Schritte auf. Bereitstellen der Stanznietmatrize unterhalb eines Stempels des Setzgeräts, Anordnen des ersten und des zweiten Bauteils zwischen der Stanznietmatrize und dem Stempel und Setzen eines Stanzniets in das erste und das zweite Bauteil bei gleichzeitiger Ausbildung eines Schließkopfes, der komplementär zu einer Innenkontur der Stanznietmatrize ausgebildete Formmerkmale aufweist. The present invention also discloses a punch rivet method for making a joint in at least a first and a second component by means of a punch rivet, a setting tool and a punch rivet die according to one of the embodiments described above. The punch riveting method has the following steps. Providing the punch rivet die beneath a punch of the setting tool, disposing the first and second components between the punch rivet die and the punch, and setting a punch rivet into the first and second components while forming a closing head having shape features complementary to an inner contour of the punch rivet die.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen 4. Brief description of the accompanying drawings
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:  The preferred embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine seitliche Darstellung einer bevorzugten Stanznietmatrize vorliegender Erfindung, 1 is a side view of a preferred punch rivet of the present invention.
Fig. 2 eine Ansicht der bevorzugten Stanznietmatrize aus Fig. 1 von oben in Fügerichtung in die Fig. 2 is a view of the preferred Stanznietmatrize of FIG. 1 from above in the joining direction in the
Vertiefung der Stanznietmatrize.  Deepening of the punch rivet die.
Fig. 3 eine schematische seitliche Schnittansicht der Vertiefung der erfindungsgemäß bevorzugten Stanznietmatrize parallel zur Mittelachse der Stanznietmatrize, wobei die Vertiefung einen Ringkanalabschnitt und einen ebenen Matrizenboden aufweist, 3 shows a schematic lateral sectional view of the depression of the punch rivet die preferred according to the invention parallel to the center axis of the punch rivet die, the depression having a ring channel section and a planar die bottom,
Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung der bevorzugten Stanznietmatrize gemäß Fig. 3, in der verschiedene Tiefen des Ringkanalabschnitts angedeutet sind, Fig. 5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize in einer seitlichen Querschnittsansicht, 4 shows a further schematic representation of the preferred punch rivet die according to FIG. 3, in which different depths of the annular channel section are indicated, 5 shows a further preferred embodiment of the punch rivet die according to the invention in a lateral cross-sectional view,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fig. 6 is a plan view of another preferred embodiment of the invention
Stanznietmatrize,  Stanznietmatrize,
Fig. 7 eine seitliche Querschnittsansicht der bevorzugten Vertiefung der Stanznietmatrize gemäß Fig. 7 is a side cross-sectional view of the preferred recess of the punch rivet according to
Fig. 6, Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vertiefung der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize mit einer zusätzlichen Aussparung im Matrizenboden,  6, 8 a schematic representation of a further preferred embodiment of the recess of the punch rivet die according to the invention with an additional recess in the die base,
Fig. 9 die schematische Darstellung der weiteren bevorzugten Stanznietmatrize gemäß Fig. 8, in der unterschiedliche bevorzugte Tiefen des Ringkanalabschnitts und der zentralen Aussparung im Matrizenboden angedeutet sind, 9 shows the schematic illustration of the further preferred punch rivet die according to FIG. 8, in which different preferred depths of the annular channel section and of the central recess in the die base are indicated, FIG.
Fig. 10 eine weitere schematische Darstellung der bevorzugten Stanznietmatrize gemäß Fig. 8, in der unterschiedliche bevorzugte Ausgestaltungen der zentralen Aussparung im Matrizenbo- den schematisch veranschaulicht sind, 10 shows a further schematic representation of the preferred punch rivet die according to FIG. 8, in which different preferred embodiments of the central recess in the matrix base are schematically illustrated, FIG.
Fi . 1 1 eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vertiefung der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize, Fig. 12 eine seitliche Schnittansicht der Vertiefung der bevorzugten Stanznietmatrize gemäß Fig. Fi. 1 1 is a plan view of a further preferred embodiment of the recess of the punch rivet die according to the invention, FIG. 12 is a side sectional view of the recess of the preferred punch rivet according to FIG.
11 , eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vertiefung der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize,  11, a top view of a further preferred embodiment of the recess of the punch rivet die according to the invention,
Fig. 14 eine seitliche Schnitt darstellung der Vertiefung der bevorzugten Stanznietmatrize gemäß Fig. 14 is a side sectional view of the recess of the preferred Stanznietmatrize according to
Fig. 13,  Fig. 13,
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Stanznietmatrize, 15 is a schematic representation of another preferred punch rivet die,
Fig. 16 ein Setzgerät gemäß DE 10 2009 049 616 mit der bevorzugten Stanznietmatrize, Fig. 17 a-d Schliffbilder und Schließköpfe von erfindungsgemäß bevorzugt hergestellten Verbindungen 16 shows a setting tool according to DE 10 2009 049 616 with the preferred punch rivet die, Fig. 17 ad micrographs and closing heads of inventively preferred compounds
Fig, 18 ein Schliffbild einer bevorzugten Verbindung hergestellt mit der Stanznietmatrize gemäß 18, a micrograph of a preferred connection made with the punch rivet according to FIG
Fig. 8 und  Fig. 8 and
Fig. 19 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens einer Verbindung mithilfe der Stanznietmatrize. 5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen 19 is a flow chart of a preferred embodiment of the method for producing a connection according to the invention using the punch rivet die. 5. Detailed Description of the Preferred Embodiments
Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine erfmdungsgemäß bevorzugte Stanznietmatrize 1 . Diese besteht vorzugsweise aus einem zylindrisch geformten Grandkörper 3 und einem Matrizenfuß 5. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls bevorzugt, den Grandkörper quaderförmig, polyederförmig, elliptisch oder mit einer anderen Form auszugestalten. Der Matrizenfuß 5 dient in bekannter Weise der Anordnung und der Befestigung der Stanznietmatrize 1 in einem bekannten Setzgerät, wie es beispielgebend in Fig. 16 gezeigt ist. Es versteht sich, dass die vorliegende Stanznietmatrize mit bekannten Setzgeräten jeglicher Bauart kombinierbar ist. Dazu weist der Matrizenfuß 5 vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Dieser ist einseitig durch eine Einkerbung 7 in seiner symmetrischen Kontur gestört, um die Stanznietmatrize 1 verdrehsicher in einem passenden Halter anordnen zu können.  FIG. 1 shows a side view of a punch rivet die 1 which is preferred according to the invention. This preferably consists of a cylindrically shaped Grandkörper 3 and a Matrizenfuß 5. In this context, it is also preferred to design the Grandkörper cuboid, polyhedral, elliptical or with another shape. The Matrizenfuß 5 is used in a known manner, the arrangement and the attachment of the punch rivet 1 in a known setting tool, as shown by way of example in Fig. 16. It is understood that the present punch rivet is combinable with known setting tools of any type. For this purpose, the die base 5 preferably has a round cross-section. This is disturbed on one side by a notch 7 in its symmetrical contour in order to arrange the punch rivet 1 against rotation in a suitable holder can.
In Figur 2 ist die bevorzugte Stanznietmatrize 1 der Figur 1 in einer Draufsicht dargestellt. Diese Draufsicht entspricht einer Ansicht der Stanznietmatrize 1 in Fügerichtung F, die parallel zur Mittelachse M der Stanznietmatrize 1 verläuft. Der Grundkörper 3 umfasst eine bevorzugt rotationssymmetrisch um die Mittelachse M angeordnete Vertiefung 9, die in der Oberseite 8 des Grundkörpers 3 angeordnet ist. An der Oberseite 8 weist die Vertiefung 9 einen Durchmesser DM auf. FIG. 2 shows the preferred stamped rivet die 1 of FIG. 1 in a plan view. This top view corresponds to a view of the punch rivet die 1 in the joining direction F, which runs parallel to the center axis M of the punch rivet die 1. The main body 3 comprises a preferably rotationally symmetrical about the central axis M arranged recess 9, which is arranged in the upper side 8 of the main body 3. At the top 8, the recess 9 has a diameter DM.
Die Vertiefung 9 ist rotationssymmetrisch in unterschiedliche Abschnitte unterteilt. An der Oberseite 8, also der einem Stempel des Setzgeräts zugewandten Seite der Stanznietmatrize 1 , beginnt die Vertiefung 9 mit einem radial außen angeordneten ringförmigen Entfonnungsabschnitt 10. Der Entformungsabsclinitt 10 ist im axialen Querschnitt der Stanznietmatrize 1 gemäß Figur 5 anhand der radial außen angeordneten Ent ormungsschräge 12 erkennbar. Vorzugsweise geht die Oberseite 8 in einem konvex geformten Abschnitt in die Entformungsschräge 12 über. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radius ROE (siehe Fig. 3) für den Übergang von der Oberseite 8 in die Entformungsschräge 12 gleich 4/100 DM- Radial einwärts schließt sich an den Entfonnungsabschnitt 10 ein Ringkanal 20 an. Dieser ist im Quer- schnitt der Stanznietmatrize 1 in Figur 5 als eine kreisbogenförmige Senkung 22 erkennbar. Die Senkung 22 geht bevorzugt radial einwärts mit einem gerade und/oder kreisbogenförmig und oder krummlinig verlaufenden Bereich in einen Matrizenboden 30 über. Dieser Matrizenboden 30 ist ebenfalls rotationssymmetrisch um die Mittelachse M angeordnet und in Figur 5 als ebene Fläche 32 erkennbar. In einem erfindungsgemäß bevorzugten Fügeverfahren wird ein bekanntes Setzgerät (siehe Fig. 16) in Kombination mit der beschriebenen Stanznietmatrize 1 ; (siehe unten) zur Herstellung einer Stanznietverbindung genutzt und entsprechend bereitgestellt (Schritt 1). Um eine Mehrzahl von Bauteilen, insbesondere zumindest ein erstes und ein zweites Bauteil, durch Setzen eines Stanzniets miteinander zu verbinden, werden die zumindest zwei Bauteile zwischen Stempel und Stanznietmatrize 1 ; Γ positioniert (Schritt 2). Dabei wird die erfmdungsgemäße Stanznietmatrize l vorzugsweise in Kombination mit einem matrizenseitigen Bauteil aus sprödem oder zugempfindlichem Material, wie beispielsweise Aluminiumlegierungen der 7000er-Reihe, Aludruckgussmaterialien oder Magnesium, eingesetzt. Des Weiteren ist für das matrizenseitige Bauteil auch ein Material mit einem Elastizitätsmodul RM < 300 MPa, wie beispielsweise Aluminium, oder mit einem Elastizitätsmodul M < 1 500 MPa, wie beispielsweise hochvergüteter Stahl, vorteilhaft einsetzbar. Als Stempel seifiges Bauteil, also eine Decklage der Verbindung, eignet sich grundsätzlich jedes Material, vorzugsweise Kunststoffe, verstärkte Kunststoffe, Aluminium, Magnesium, Legierungen dieser Metalle - also allgemein Lichtbaumaterialien - sowie Stahl und weitere bekannte Metalllegierungen. Nachdem die Bauteile passend zwischen Stempel und Stanznietmatrize 1 angeordnet worden sind, setzt der Stempel den Stanzniet in die Bauteile, wodurch in der Stanznietmatrize 1 ein diese Verbindung charakterisierender Schließkopf ausgebildet wird (Schritt 3). Der Schließkopf stellt bevorzugt einen Abdruck der inneren Gestaltung der Vertiefung 9 der Stanznietmatrize 1 dar. Entsprechend wird der Schließkopf durch die komplementär zur Innenkontur der Vertiefung 9 ausgebildeten Formmerkmale charakterisiert. The recess 9 is rotationally symmetric divided into different sections. On the upper side 8, ie the side of the punch rivet die 1 facing a punch of the setting tool, the depression 9 begins with an annular removal section 10 arranged radially on the outside. The removal cut-off 10 is in the axial cross section of the punch rivet die 1 according to FIG. 5 on the basis of the radially outwardly disposed draft slope 12 recognizable. Preferably, the upper side 8 merges into the demoulding slope 12 in a convexly shaped section. According to a preferred embodiment, the radius ROE (see FIG. 3) for the transition from the upper side 8 into the drafting slope 12 is equal to 4/100 DM radially inward and closes at the demapping section 10 to an annular channel 20. This can be seen in the cross-section of the punch rivet die 1 in FIG. 5 as an arcuate countersink 22. The reduction 22 preferably transitions radially inwardly with a straight and / or arcuate and / or curvilinear region into a die base 30. This die bottom 30 is likewise arranged rotationally symmetrical about the central axis M and can be seen in FIG. 5 as a flat surface 32. In a joining method which is preferred according to the invention, a known setting tool (see FIG. 16) in combination with the described punching rivet die 1; (see below) used to make a riveted joint and provided accordingly (step 1). In order to connect a plurality of components, in particular at least a first and a second component, by setting a punch rivet, the at least two components between punch and punch rivet die 1; Γ positioned (step 2). In this case, the punch rivet die 1 according to the invention is preferably used in combination with a die-side component made of brittle or resilient material, such as, for example, aluminum alloys of the 7000 series, aluminum die cast materials or magnesium. Furthermore, a material with a modulus of elasticity RM <300 MPa, such as aluminum, for example, or with a modulus of elasticity M <1 500 MPa, such as, for example, high-tempered steel, can also be advantageously used for the die-side component. In principle, any material, preferably plastics, reinforced plastics, aluminum, magnesium, alloys of these metals-that is, generally light building materials-as well as steel and other known metal alloys is suitable as a stamp soapy component, ie a cover layer of the compound. After the components have been suitably arranged between punch and punch rivet die 1, the punch sets the punch rivet into the components, whereby a closing head characterizing this connection is formed in the punch rivet die 1 (step 3). The closing head preferably represents an imprint of the inner configuration of the depression 9 of the punch rivet die 1. The closing head is correspondingly characterized by the shape features formed complementary to the inner contour of the depression 9.
Während des Setzens des Stanzniets in die Bauteile und der Ausbildung des ScMießkopfes bewirkt bevorzugt die Entformungsschräge 12 des ringförmigen Entformungsabschnitts 10 eine Reduktion von Rissbildung im Schließkopf. Zur Unterstützung dieses Effekts geht vorzugsweise die Oberseite 8 der During setting of the punch rivet into the components and the formation of the casting head, the draft bar 12 of the annular mold removal section 10 preferably effects a reduction of cracking in the closing head. To support this effect is preferably the top 8 of the
Stanznietmatrize 1 in einer konvex ausgebildeten Stufe 14 in die Entformungsschräge 12 über. In gleicher Weise ist es bevorzugt, die Entformungsschräge 12 über eine konvex ausgebildete Stufe 16 mit der Senkung 22 bzw. dem Ringkanalabschnitt 20 zu verbinden. Vorzugsweise weist diese konvex geformte Verbindung zwischen Entformungsschräge 12 und der Senkung 22 einen Radius von ungefähr 5/100 D auf. Weiterhin bevorzugt ist die Entformungsschräge 12 im Vergleich zu der in Figur 5 gezeigten konkaven Ausgestaltung gerade ausgebildet. Entsprechend weist die Entformungsschräge 12 und somit der ringförmige Entformungsabschnitt 10 eine kegeistumpfartige Kontur auf. Bei einer bevorzugten konkav/kreisbogenförmigen Ausgestaltung der Entformungsschräge 12 weist in diese einen Radius RES aus dem Bereich 7/10 DM < RES < 9/10 DM auf. Figur 3 zeigt eine schematische und vereinfachte Querschnittsansicht der Stanznietmatrize 1 mit Entfor- mungsabschnitt 10, Ringkanalabschnitt 20 und Matrizenboden 30. In Figur 4 ist aufbauend auf die Darstellung in Figur 3 hervorgehoben, dass bevorzugt zur Herstellung einer optimalen Stanznietverbindung eine Tiefe TRK des Ringkanalabschnitts 20 in Bezug auf die Oberseite 8 gezielt eingestellt wird. Die unterschiedlichen gestrichelt dargestellten Linien in der Senkung 22 veranschaulichen die Variation der Tiefe TRK in einem bevorzugten Bereich von 6/100 DM < TRK < 12/100 DM, wobei DM de Durchmesser der Vertiefung 9 an der Oberseite 8 des Grundkörpers 3 bezeichnet. Durch die bevorzugte gezielte Einstellung der Tiefe TRK des Ringkanals 20 bzw. der Senkung 22 gerade in der bevorzugten Kombination mit der Entfonnungsschräge 12 werden die den Niet fuß während des Fügevorgangs belastenden mechanischen Spannungen reduziert. Als weiterer Vorteil wurde erkannt, dass der Ringkanalabschnitt 20 den Fluss des Materials des matrizenseitigen Bauteils radial auswärts leitet. Genau dieser Materialfluss realisiert bzw. unterstützt ein definiertes und kontrolliertes Aufspreizen des Stanzniets in der Stanznietmatrize 1 . Somit wird durch die erfindungsgemäß bevorzugte Kombination und Formgebun der flachen Entformungsschräge 12 und der Senkung 22 des Ringkanalabschnitts 20 mit der Tiefe TRK das Aufspreizen des Stanzniets und der Materialfluss zur Ausbildung des Schließkopfes optimiert. Denn aufgrund des durch den bevorzugten Ringkanal 20 zusätzlich geschaffenen Freiraums innerhalb der Vertiefung 9 der Stanznietmatrize 1 spürt der Stanzniet zu Beginn des Materialfließens in der Vertiefung 9 zwar eine Gegenkraft durch den Matrizenboden 30. Diese kann aber sofort durch Nutzung des radial außen angeordneten Freiraums des Ringkanals 20 abgebaut werden, so dass durch die bevorzugte Matrizengestaltung die radial auswärts gerichtete Materialfließbewegung gezielt eingeleitet wird. Dies wird be- vorzugt auch dadurch unterstützt, dass der Matrizenboden oberhalb des tiefsten Punkts der Senkung 22 liegt. Punch rivet 1 in a convex stage 14 in the Entformungsschräge 12 via. In the same way, it is preferable to connect the Entformungsschräge 12 via a convex step 16 with the countersink 22 and the annular channel portion 20. Preferably, this convex-shaped connection between Entformungsschräge 12 and the counterbore 22 has a radius of about 5/100 D. Further preferably, the Entformungsschräge 12 is straight compared to the concave configuration shown in Figure 5. Accordingly, the Entformungsschräge 12 and thus the annular demolding section 10 has a kegeistumpfartige contour. In a preferred concave / circular-arc configuration of the draft angle 12, a radius RES from the range 7/10 D M <RES <9/10 D M has in this area. FIG. 3 shows a schematic and simplified cross-sectional view of the punch rivet die 1 with demoulding section 10, annular channel section 20 and die bottom 30. FIG. 4 shows, based on the illustration in FIG. 3, that a depth TRK of the annular channel section 20 in FIG Reference to the top 8 is targeted. The different dashed lines in the counterbore 22 illustrate the variation of the depth TRK in a preferred range of 6/100 DM <T RK <12/100 DM, where D M denotes the diameter of the recess 9 at the top 8 of the base body 3. By the preferred targeted adjustment of the depth TRK of the annular channel 20 and the reduction 22 just in the preferred combination with the Entfonnungsschräge 12, the rivet foot during the joining process stressing mechanical stresses are reduced. As a further advantage, it has been recognized that the annular channel section 20 directs the flow of the material of the die-side component radially outward. Exactly this material flow realizes or supports a defined and controlled spreading of the punch rivet in the punch rivet die 1. Thus, by the inventively preferred combination and Formgebun the shallow Entformungsschräge 12 and the reduction 22 of the annular channel portion 20 with the depth TRK the spreading of the punch rivet and the flow of material to form the closing head optimized. Because due to the additionally created by the preferred annular channel 20 clearance within the recess 9 of the Stanznietmatrize 1 of the punch rivet at the beginning of the flow of material in the recess 9, although a counterforce through the die bottom 30. This can but immediately by using the radially outer free space of the annular channel 20 are reduced, so that the radially outwardly directed Materialfließbewegung is selectively initiated by the preferred die design. This is preferably also supported by the fact that the die bottom is above the lowest point of the countersink 22.
Vorzugsweise besitzt dazu die Senke 22 des Ringkanalabschnitts 20 einen Radius Rs im Bereich von 8,2/1000 DM < Rs < 8,2/ 100 DM. Dabei bezeichnet DM den Durchmesser der Vertiefung 9 (siehe oben). For this purpose, the depression 22 of the annular channel section 20 preferably has a radius Rs in the range of 8.2 / 1000 DM <Rs <8.2 / 100 D M. In this case, DM denotes the diameter of the recess 9 (see above).
Die Entfonnungsschräge 12 schließt vorzugsweise mit der Oberseite 8 des Grundkörpers 3 den Winkel « ein, wie es in den Figuren 3 und 5 gezeigt ist. Dieser hat entsprechend der radial einwärts gerichteten Neigung der Entfonnungsschräge 12 eine Größe im Bereich von 5° < o < 45°, vorzugsweise 25° < oc < 45° oder 5° < oc < 25°. Zudem hat sich als erfmdungsgemäß bevorzugt der Winkel oc = 18° gezeigt. Gerade durch diese flache Anordnung der Entformungsschräge 12, die ein deutlich anderes Materialflie- ßen in der Vertiefung 9 als eine senkrechte oder annähernd senkrecht angeordnete Seitenwand der Vertiefung 9 hervorruft, wird eine verbesserte Schließkopfausbildung und eine reduzierte Rissbildung im Vergleich zum Stand der Technik erzielt. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls bevorzugt, einen konvexen Ubergang zwischen Oberseite der Matrize und Entformungsschräge mit einem Radius von R=0,5 mm zu realisieren. Um einen ungehemmten Materialfluss in der Vertiefung 9 während des Fügevorgangs zu gewährleisten, ist vorzugsweise auch der Übergang von der Senkung 22 zum Matrizenboden 32 als konvexe Stufe 24 ausgebildet. Auf diese Weise wird vermieden, dass fließendes Material des matrizenseitigen Bauteils innerhalb der Vertiefung 9 aufgestaut wird. Dies gilt in gleicher Weise für die oben beschriebenen bevorzugten Stufen 14 und 16. Zudem bildet diese konvexe Stufe 24 einen fließenden und dadurch The Entfonnungsschräge 12 preferably includes with the top 8 of the main body 3 the angle «, as shown in Figures 3 and 5. This has in accordance with the radially inwardly directed inclination of Entfonnungsschräge 12 has a size in the range of 5 ° <o <45 °, preferably 25 ° <oc <45 ° or 5 ° <oc <25 °. In addition, the angle oc = 18 ° has been preferred according to the invention. Just by this flat arrangement of Entformungsschräge 12, which causes a significantly different Materialflie- Shen in the recess 9 as a vertical or approximately perpendicular side wall of the recess 9, an improved closing head formation and a reduced cracking in Achieved compared to the prior art. In this context, it is also preferable to realize a convex transition between the upper side of the die and Entungsungsschräge with a radius of R = 0.5 mm. In order to ensure an uninhibited flow of material in the recess 9 during the joining operation, preferably the transition from the counterbore 22 to the die bottom 32 is formed as a convex step 24. In this way it is avoided that flowing material of the die-side component is dammed within the recess 9. This applies equally to the preferred stages 14 and 16 described above. In addition, this convex stage 24 forms a flowing and thereby
barrierefreien Übergang vom Matrizenboden 32 in den Ringkanal 20 bzw. die Senkung 22. Diese konvexe Stufe 24 unterstützt bevorzugt ein kontrolliertes Abgleiten und somit Aufspreizen des Nietfußes des Stanzniets während des Fügevorgangs. Zu diesem Zweck ist ein Radius R24 der konvexen Stufe 24 im Bereich von 98/1000 DM < R24 < 98/100 DM einstellbar. Weiterhin bevorzugt weist der Ringkanalabschnitt 10 einen Durchmesser D20 auf, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Über eine geeignete Wahl des Durchmessers D20 wird das Aufspreizen des Nietfußes gezielt gesteuert. So wird der Durchmesser D20 entsprechend dem Kopfdurchmesser des zu setzenden Stanzniets eingestellt, sodass ein Aufspreizen des Niet ußes in radialer Richtung über die Außenseite des Nietkopfes hinaus verhindert ist oder zumindest weitestgehend eingeschränkt wird. Entsprechend ist D20=7,75 mm groß beim einem Stanzniet mit einem Kopfdurchmesser von 7,75 mm oder D20=5,5 mm groß bei einem Stanzniet mit einem Kopfdurchmesser von 5,5 mm. barrier-free transition from the die bottom 32 into the annular channel 20 and the countersink 22. This convex step 24 preferably supports a controlled sliding and thus spreading of the Nietfußes the punch rivet during the joining process. For this purpose, a radius R24 of the convex stage 24 in the range of 98/1000 DM <R 2 4 <98/100 DM is adjustable. Further preferably, the annular channel portion 10 has a diameter D20, as shown in Fig. 4. By a suitable choice of the diameter D20, the spreading of the Nietfußes is specifically controlled. Thus, the diameter D20 is set according to the head diameter of the punch rivet to be set, so that spreading of the rivet nut in the radial direction beyond the outside of the rivet head is prevented or at least largely restricted. Accordingly, D20 = 7.75 mm in a punch rivet with a head diameter of 7.75 mm or D20 = 5.5 mm in a punch rivet with a head diameter of 5.5 mm.
Weiterhin bevorzugt geht die kreisbogenformige Senkung 22 tangential in die sich beidseitig anschließenden vorzugsweise konvex ausgebildeten Stufen 16 und 24 über. Diese Ubergangspunkte sind in Figur 5 mit dem Bezugszeichen UP bezeichnet. Der radiale Abstand Aup zwischen benachbarten Übergangspunkten UP definiert die radiale Breite der Senkung 22. Sie liegt vorzugsweise im Bereich 3/100 DM < Aup < 20/100 DM- Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Stanznietmatrize 1 ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Hier wurde im Vergleich zu Figur 5 die Senkung 22 mit einem größeren Radius RES und mit einer größeren Tiefe TR ausgebildet. Further preferably, the circular arc-shaped countersink 22 merges tangentially into the preferably convex steps 16 and 24 which adjoin on both sides. These transition points are designated in FIG. 5 by the reference symbol UP. The radial distance Aup between adjacent transition points UP defines the radial width of the countersink 22. It is preferably in the range 3/100 DM <Aup <20/100 D M - Another preferred embodiment of the punch rivet die 1 is shown in FIGS. 6 and 7. Here, in comparison with FIG. 5, the countersink 22 has been formed with a larger radius RES and with a greater depth TR.
Figur 8 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung, die detaillierter in den Figuren 1 1 bis 14 anhand weiterer bevorzugter Ausfuhrungsformen beschrieben ist. Wie man in Figur 8 erkennen kann, steigt die Senkung 22 radial einwärts bis auf die Höhe des Matrizenbodens 32 an. Ergänzend zu den oben beschriebenen Merkmalen der Stanznietmatrize 1, die in gleicher Weise auch für die Ausführungsformen der Figuren 8 bis 14 gelten, ist eine mittige Aussparung 34 im Matrizenboden 32 vorgesehen. Diese ist symmetrisch um die Mittelachse M angeordnet. Diese Aussparung 34 nimmt verdrängtes Material des matrizenseitigen Bauteils auf, wodurch eine Stauchung des Stanzmets vermieden und dieser zusätzlich entlastet wird. Figure 8 shows schematically a further preferred embodiment of the present invention, which is described in more detail in Figures 1 1 to 14 by further preferred embodiments. As can be seen in FIG. 8, the counterbore 22 rises radially inwardly to the level of the die bottom 32. In addition to the above-described features of the punch rivet die 1, which apply equally to the embodiments of FIGS. 8 to 14, a central recess 34 is provided in the die base 32. This is arranged symmetrically about the central axis M. This recess 34 absorbs displaced material of the die-side component, thereby avoiding a compression of the punching tool and this is additionally relieved.
Dazu ist eine Tiefe TA der Aussparung 34 gezielt an die Fügeaufgabe anpassbar, was in Analogie zu den Erläuterungen und Darstellungen in Figur 4 anhand von Figur 9 veranschaulicht ist. Vorzugsweise wird die Aussparung 34 mit einer Tiefe TA im Bereich von 2/100 DM < TA < 8/100 DM und einem bevorzugten Durchmesser DA im Bereich von 15/100 DM < DA < 35/100 DM bereitgestellt. Der Durchmesser DA wird dabei bevorzugt auf Höhe des Matrizenbodens 32 bestimmt. Gemäß Figur 10 ist es weiterhin bevorzugt, die Aussparung 34 in unterschiedlicher Gestalt zur Beeinflussung des Materialflusses innerhalb der Vertiefung 9 einzusetzen. Demnach ist vorzugsweise die Aussparung 34 zylindrisch geformt (a). In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform läuft die zylindrisch geformte Aussparung 34 in der Tiefe konisch zu (d) oder ist kegelstumpfartig ausgebildet (e). Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist ein Boden der Aussparung 34 mit einem umlaufenden Ringkanal und einer zentralen Erhebung (b) oder nur mit einer zentralen Erhebung ausgestaltet (c). Zunächst unabhängig von der Formgebung der Aussparung 34 ermöglicht diese eine einfachere Materialverdrängung im und/oder aus dem Fügebereich in Form einer Materialaufnahme im Vergleich zu einer Materialverdrängung radial auswärts bezogen auf die Fügerichtung des Stanzniets. Um diese Funktion effektiv nutzen zu können, wird die Tiefe TA der Aussparung an eine Dicke der matrizenseitigen Materi- allage angepasst. Dazu gilt der Zusammenhang, mit zunehmender Dicke der matrizenseitigen Materiallage wird auch eine angepasst größere Tiefe TA der Aussparung verwendet. In Bezug auf den oben diskutierten Ringkanal gilt der aligemeine Zusammenhang, mit abnehmender Duktilität For this purpose, a depth TA of the recess 34 is specifically adaptable to the joining task, which is illustrated in analogy to the explanations and illustrations in FIG. 4 with reference to FIG. Preferably, the recess 34 is provided with a depth TA in the range of 2/100 DM <TA <8/100 DM and a preferred diameter DA in the range of 15/100 DM <D A <35/100 DM. The diameter DA is preferably determined at the level of the die bottom 32. According to FIG. 10, it is further preferred to use the recess 34 in a different shape for influencing the material flow within the recess 9. Accordingly, preferably, the recess 34 is cylindrically shaped (a). In a further preferred embodiment, the cylindrically shaped recess 34 tapers in the depth (d) or is truncated cone-shaped (e). According to a further preferred embodiment, a bottom of the recess 34 is configured with a circumferential annular channel and a central elevation (b) or only with a central elevation (c). Initially, irrespective of the shaping of the recess 34, this facilitates a simpler material displacement in and / or out of the joining region in the form of a material receptacle in comparison to a material displacement radially outward relative to the joining direction of the punched rivet. In order to be able to use this function effectively, the depth TA of the recess is adapted to a thickness of the die-side material layer. For this purpose, the relationship applies, with increasing thickness of the matrix-side material layer is also a suitably greater depth TA of the recess used. With respect to the annular channel discussed above, the general relationship applies with decreasing ductility
Figur 15 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung. Diese Stanznietmatrize 1 ' zeichnet sich bezogen auf den in Figur 15 gezeigten schematischen Querschnitt durch folgende Merkmale aus. Die Entformungsschräge 12' des Entformungsabschnitts 10' schließt mit der Oberseite 8' der Stanznietmatrize Γ einen Winkel o ' im Bereich von 10° < <x ' < 85° ein. Die Entformungsschräge 12' geht radial einwärts in eine kreisbogenförmige Senkung 22' des Ringkanalabschnitts 20' mit einem Radius Rs' in einem Bereich von 1/100 DM < Rs' < 7/100 DM über. Zudem steigt radial einwärts die kreisbo- genförmige Senkung 22' über zumindest eine erste Stufe 36 kreisbogenförmig zum Matrizenboden 32 an. Aufgrund der gezielten Kombination des Ringkanalabschnitts 20' und des stufenweisen Anstiegs des Matrizenbodens bzw. des Anstiegs aus der Senkung 22' zum höchsten Punkt des Matrizenbodens 32* wird neben einem gleichförmigen Materialfluss zur Reduktion der Rissbildung eine stärkere laterale Aufsprei- zung des Nietfußes erzielt. Diese gesteigerte Aufspreizung erzielt einen größeren Hinterschnitt entgegen der Fügerichtung des gesetzten Stanzniets. Da die Verbindung der Bauteile nicht durch Rissbildung geschwächt ist und zudem der verstärkte Hinterschnitt die Lebensdauer der Verbindung und deren Festigkeit fördert, führt diese Stanznietgeometrie zu einer erhöhten Verbindungsqualität. Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen der bevorzugten Stanznietmatrize 1' weist der Matrizenboden 32' eine mittig angeordnete rotationssymmetrische Erhebung 40 auf. Diese ist vorzugsweise zur gezielten Aufspreizung des Stanzniets und zur Erhöhung des Hinterschnitts krummlinig oder kreisbogen- fönnig oder halbelliptisch oder zylindrisch ausgebildet. Figure 15 shows another preferred embodiment of the present invention. This punch rivet die 1 'is characterized by the following features with respect to the schematic cross section shown in FIG. The Entformungsschräge 12 'of the demolding section 10' includes with the top 8 'of the punch rivet Γ an angle o' in the range of 10 ° <<x '<85 °. The Entformungsschräge 12 'goes radially inward in a circular arc-shaped depression 22' of the annular channel portion 20 'with a radius Rs' in a range of 1/100 DM <Rs'<7/100 DM over. In addition, radially inwardly, the circular-arc-shaped depression 22 'rises in a circular arc shape relative to the die base 32 via at least one first step 36. Due to the specific combination of the annular channel section 20 'and the stepwise rise of the die bottom or the rise from the depression 22' to the highest point of the die bottom 32 *, a stronger lateral spreading of the rivet foot is achieved in addition to a uniform material flow to reduce cracking. This increased spreading achieves a larger undercut against the joining direction of the set punched rivet. Since the connection of the components is not weakened by cracking and also the reinforced undercut promotes the life of the compound and its strength, this Stanznietgeometrie leads to increased connection quality. According to different preferred embodiments of the preferred Stanznietmatrize 1 ', the die bottom 32' has a centrally arranged rotationally symmetrical elevation 40. This is preferably designed for selective spreading of the punched rivet and for increasing the undercut curvilinear or arcuate or semi-elliptical or cylindrical.
Figur 16 zeigt schematisch ein bekanntes Setzgerät in Kombination mit der erfindungsgemäßen Stanznietmatrize 1 ; Γ. Beispielgebend sind damit hergestellte Verbindungen mithilfe der Schlifibilder in Figur 17 gezeigt. Figur 17a zeigt eine Stanznietverbindung, die mit einer Stanznietmatrize 1 gemäß Figur 5 hergestellt worden ist. Figur 17b zeigt den Schließkopf dieser Verbindung. Figur 17c zeigt eine Stanznietver- bindung, die mit einer Stanznietmatrize 1 mit zentraler Aussparung 34 hergestellt worden ist. DenFIG. 16 schematically shows a known setting tool in combination with the punch rivet die 1 according to the invention; Γ. By way of example, compounds made therewith are shown using the whip images in FIG. FIG. 17 a shows a punched-rivet connection which has been produced with a punch rivet die 1 according to FIG. FIG. 17b shows the closing head of this connection. FIG. 17 c shows a punched rivet connection which has been produced with a punched rivet die 1 with a central cutout 34. The
Schließkopf der Verbindung zeigt Figur 1 7d. Figur 18 zeigt das Schliffbild einer Verbindung, die mit der Stanznietmatrize Γ gemäß Figur 15 hergestellt worden ist. Closing head of the connection, Figure 1 shows 7d. FIG. 18 shows the micrograph of a connection made with the punch rivet die Γ according to FIG.
Beispielgebende erfindungsgemäß bevorzugte Matrizengeometrien sind im Folgenden anhand konkreter oben diskutierter Geometriedaten von Stanznietmatrizen beschrieben. Zur Einordnung der Matrizenform in Kombination mit den folgenden Geometriedaten wird auf die oben diskutierten Figuren Bezug genommen: Exemplary template geometries preferred according to the invention are described below on the basis of specific geometry data of punch rivet matrices discussed above. For the classification of the female mold in combination with the following geometric data, reference is made to the figures discussed above:
Beispiel 1 example 1
Eine Matrizenform ähnlich Fig. 3 mit den folgenden Geometriedaten A die form similar to FIG. 3 with the following geometry data
D ~ 12.2 mm D ~ 12.2 mm
D2(f=8,395 mm D 2 ( f = 8.395 mm
oc =18 ° oc = 18 °
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
TRK=0,9 mm T RK = 0.9 mm
Beispiel 2 Example 2
Eine Matrizenform ähnlich Fig. 3 mit den folgenden Geometriedaten
Figure imgf000016_0002
A die form similar to FIG. 3 with the following geometry data
Figure imgf000016_0002
o =1 8 ° RES=10,4 mm o = 1 8 ° R ES = 10.4 mm
Rs=0,8 mm
Figure imgf000017_0001
R s = 0.8 mm
Figure imgf000017_0001
Beispiel 3 Example 3
Eine Matrizenform ähnlich Fig. 9 mit den folgenden Geometriedaten  A die shape similar to FIG. 9 with the following geometry data
DM " 12,2 mm D M " 12.2 mm
D20=8,395 mm D 20 = 8.395 mm
oc =18 ° REs=10,4 mm oc = 18 ° R E s = 10.4 mm
Rs=0,2 mm
Figure imgf000017_0002
Rs = 0.2 mm
Figure imgf000017_0002
DA=3,6 mm D A = 3.6 mm
TA=0,9 mm T A = 0.9 mm
Beispiel 4 Example 4
Eine Matrizenform ähnlich Fig. 9 mit den folgenden Geometriedaten  A die shape similar to FIG. 9 with the following geometry data
D =12,2 mm D = 12.2 mm
D2tf=8,09 mm D 2 tf = 8.09 mm
oc =18 °  oc = 18 °
Figure imgf000017_0003
Figure imgf000017_0003
DA=3,6 mm D A = 3.6 mm
TA=0,5 mm Beispiel 5 TA = 0.5 mm Example 5
Eine Matrizenfomi ähnlich Fig.9 mit den folgenden Geometriedaten
Figure imgf000018_0001
A Matrizenfomi similar to Figure 9 with the following geometry data
Figure imgf000018_0001
oc=18° oc = 18 °
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0002
Beispiel 6 Example 6
Eine Matrizenform ähnlich Fig.9 mit den folgenden Geometriedaten  A matrix form similar to FIG. 9 with the following geometry data
D20=7,28 mm D 20 = 7.28 mm
«=18°  "= 18 °
Figure imgf000018_0003
Figure imgf000018_0003
Beispiel 7 Example 7
Eine Matrizenform ähnlich Fig.9 mit den folgenden Geometriedaten  A matrix form similar to FIG. 9 with the following geometry data
DM=12,2 mm DM = 12.2 mm
D20=7,57 mm D 20 = 7.57 mm
o =18°  o = 18 °
ROE=0,59 mm RES=oo ausgeführt als geneigte Gerade R OE = 0.59 mm R ES = oo executed as inclined straight line
Rs-0,834 mm
Figure imgf000019_0001
Rs-0.834 mm
Figure imgf000019_0001
T =1,3 mm T = 1.3 mm
DA=3,5 mm D A = 3.5 mm
TA=0,7 mm T A = 0.7 mm
Beispiel 8 Example 8
Eine Matrizenform ähnlich Fi . 10 e) mit den folgenden Geometriedaten A template shape similar to Fi. 10 e) with the following geometry data
Ü = ! 2.2 mm Ü =! 2.2 mm
D2o=8,18 mm D 2 o = 8.18 mm
oc =18 ° oc = 18 °
RoE=0,5 mm RoE = 0.5 mm
RES=oo—► ausgeführt als geneigte Gerade R ES = oo-► executed as an inclined straight line
Rs=0,7 mm Rs = 0.7 mm
R24=co— >■ ausgeführt als geneigte Gerade
Figure imgf000019_0002
R 24 = co-> ■ executed as inclined straight line
Figure imgf000019_0002
DA=4,87 mm an der Offnungsseite der Aussparung 34 D A = 4.87 mm at the opening side of the recess 34
DA=2,86 mm am Boden der Aussparung 34 D A = 2.86 mm at the bottom of the recess 34
TA=0,47 mm Beispiel 9 T A = 0.47 mm Example 9
Eine Matrizenfonii ähnlich Fig. 10 e) mit den folgenden Geometriedaten  A Matrizenfonii similar to Fig. 10 e) with the following geometry data
Γ ο=7,53 mm Γ ο = 7.53 mm
o =18 °  o = 18 °
RES=oo— ausgeführt als geneigte Gerade R ES = oo- executed as inclined straight line
Rs=0,83 mm R s = 0.83 mm
R24=oo— * ausgeführt als geneigte Gerade
Figure imgf000019_0003
R 24 = oo- * executed as inclined straight line
Figure imgf000019_0003
DA=4,94 mm an der Öffnungsseite der Aussparung 34 DA=2,86 mm am Boden der Aussparung 34 TA=0,49 mm D A = 4.94 mm at the opening side of the recess 34 D A = 2.86 mm at the bottom of the recess 34 T A = 0.49 mm
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 ,1' Stanznietmatrize 1, 1 'punch rivet die
3 Grundkörper  3 basic body
5 Matrizenfuß 5 die base
7 Auskerbung  7 notch
8 Oberseite  8 top
9, 9' Vertiefung 9, 9 'recess
10, 10' Entformungsabschnitt  10, 10 'demolding section
12, 12' Entformungsschräge 12, 12 'draft angle
14, 16 konvexe Stufen  14, 16 convex steps
20 Ringkanalabschnitt  20 ring channel section
22 Senkung  22 lowering
24 konvexe Stufe  24 convex step
30 Matrizenboden 30 die bottom
32 ebene Fläche  32 level surface
34 Aussparung  34 recess
36 Stufe F Fügerichtung  36 step F joining direction
M Mittelachse  M central axis
UP Übergangspunkt  UP transition point
TA Tiefe der Aussparung T A depth of the recess
TRI Tiefe der Senkung  TRI Depth of cut
DM Matrizendurchmesser oc Winkel der Entformungsschräge DM die diameter oc Angle of the draft angle
RES Radius der EntformungsschrägeRES radius of the draft angle
Rs Radius der Senkung Rs radius of reduction

Claims

Patentansprüche claims
1 . Stanznietmatrize (1 ) für ein Setzgerät, mit der eine Stanzmetverbindung in einer Mehrzahl von Bauteilen unter Ausbildung eines Schließkopfes herstellbar ist, die die folgenden Merkmale aufweist: a. einen Grundkörper (3) mit einer Oberseite (8) und einer darin ausgebildeten rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse (M) der Stanznietmatrize (1 ) angeordneten Vertiefung (9), die an der Oberseite (8) einen Durchmesser DM aufweist, b. die Vertiefung (8) umfasst einen radial außen angeordneten ringförmigen Entformungsabschnitt1 . A punch rivet die (1) for a setting tool, with which a stamped metal connection can be produced in a plurality of components to form a closing head, which has the following features: a. a base body (3) having an upper side (8) and a depression (9) arranged rotationally symmetrically relative to a central axis (M) of the punch rivet die (1) and having a diameter DM at the upper side (8), b. the recess (8) comprises a radially outer annular demolding section
(10), einen sich daran anschließenden Ringkanalabschnitt (20) und einen mittig angeordneten Matrizenboden, wobei c. in einem parallel zur Mittelachse (M) verlaufenden Querschnitt der Stanznietmatrize (1) cl . eine Entformungsschräge (12) des Entformungsabschnitts (10) mit der Oberseite (8) der Stanznietmatrize (1) einen Winkel o im Bereich von 5° < c < 45° einschließt, c2. die Entformungsschräge (12) radial einwärts über eine Stufe (16) in eine kreisbogenförmige Senkung (22) des Ringkanalabschnitts (20) mit einem Radius Rs in einem Bereich von 8,2/1000 DM < Rs < 8,2/100 DM übergeht und c3. radial einwärts die kre i sbogen förmi e Senkung (22) geradlinig oder kreisbogenförmig oder krummlinig zum Matrizenboden (30) ansteigt. (10), an adjoining annular channel section (20) and a centrally arranged die base, wherein c. in a cross section of the punching rivet die (1), which runs parallel to the central axis (M) a draft angle (12) of the demolding section (10) with the upper side (8) of the punch rivet die (1) encloses an angle o in the range of 5 ° <c <45 °, c2. the Entformungsschräge (12) radially inwardly via a step (16) in an arcuate countersink (22) of the annular channel portion (20) with a radius R s in a range of 8.2 / 1000 D M <Rs <8.2 / 100 D. M passes and c3. radially inwardly the circular arcuate countersink (22) rises in a straight line or in a circular arc or curvilinear manner towards the matrix bottom (30).
2. Stanznietmatrize (1) gemäß Patentanspruch 1 , deren Entformungsschräge (12) geradlinig oder konkav-kreisbogenförmig mit einem Radius RES im Bereich von 7/10 DM < RES < 9/10 DM ausgebildet ist. 2. Stanznietmatrize (1) according to claim 1, the Entformungsschräge (12) is rectilinear or concave circular arc-shaped with a radius RES in the range of 7/10 DM <RE S <9/10 D M is formed.
3. Stanznietmatrize (1 ) gemäß Patentanspruch 1 oder 2, in der die kreisbogenförmige Senkung (22) eine maximale Tiefe TRK bezogen auf die Oberseite (8) im Bereich von 6/100 DM < TRK < 12/100 DM aufweist. 3. Stanznietmatrize (1) according to claim 1 or 2, in which the circular arc-shaped countersink (22) has a maximum depth TRK relative to the top (8) in the range of 6/100 DM <TRK <12/100 DM.
4. Stanznietmatrize (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, in der die Entformungsschräge (12) in einer konvexen Stufe (16) in die Senkung (22) des Ringkanalabschnitts (20) übergeht. 4. Stanznietmatrize (1) according to one of the preceding claims, in which the Entformungsschräge (12) in a convex step (16) in the countersink (22) of the annular channel portion (20) passes.
5. Stanznietmatrize (l )gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, in der die Senkung (22) des Ringkanalabschnitts (20) in einer konvexen Stufe in den Matrizenboden (30) übergeht. 5. punch rivet (1) according to one of the preceding claims, in which the countersink (22) of the annular channel portion (20) merges in a convex stage in the die bottom (30).
6. Stanznietmatrize ( 1 ) gemäß Patentanspruch 5 in Kombination mit Patentansprach 4, in der die kreisbogenförmige Senkung (22) in zwei benachbarten Übergangspunkten tangential in die benachbarten konvexen Stufen übergeht und ein radialer Abstand Ayp zwischen den benachbarten Übergangspunkten (UP) eine Breite der kreisbogenförmigen Senkung (22) des Ringkanalabschnitts (20) definiert. 6. Stanznietmatrize (1) according to claim 5 in combination with Patentansprache 4, in which the arcuate countersink (22) in two adjacent transition points merges tangentially into the adjacent convex steps and a radial distance Ayp between the adjacent transition points (UP) a width of the circular arc Reduction (22) of the annular channel portion (20) defined.
7. Stanznietmatrize (1 ) gemäß Patentanspruch 6, in der die Breite der kreisbogenförmigen Senkung (22) im Bereich 3/100 DM < AUP < 20/100 DM liegt. 7. Stanznietmatrize (1) according to claim 6, in which the width of the circular arc-shaped countersink (22) in the range 3/100 D M <AUP <20/100 D M.
8. Stanznietmatrize (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, die weiterhin eine mittige Aussparung im Matrizenboden aufweist mit einer Tiefe TA im Bereich von 2/100 DM < TA < 8/100 DM und mit einem bevorzugten Durchmesser DA im Bereich von 15/100 DM < DA < 35/100 DM, insbesondere auf Höhe des Matrizenbodens. A punch rivet die (1) according to any one of the preceding claims, further comprising a central recess in the die bottom with a depth TA in the range of 2/100 DM <TA <8/100 DM and with a preferred diameter DA in the range 15/100 DM <DA <35/100 DM, in particular at the level of the die bottom.
9. Stanznietmatrize (1 ) gemäß Patentanspruch 8, deren Vertiefung (8) zylindrisch ausgebildet ist oder sich in Richtung maximaler Tiefe TA konisch verjüngt. 9. punch rivet (1) according to claim 8, the recess (8) is cylindrical or tapers conically in the direction of maximum depth TA.
1 0. Stanznietmatrize (1 ) für ein Setzgerät, mit der eine Stanzmetverbindung in einer Mehrzahl von Bauteilen unter Ausbildung eines Schließkopfes herstellbar ist, die die folgenden Merkmale aufweist: a. einen Grundkörper (3) mit einer Oberseite (8) und einer darin ausgebildeten rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M der Stanznietmatrize ( 1 ') angeordneten Vertiefung (9'), die an der1 0. Stanznietmatrize (1) for a setting tool, with a punched metal connection in a plurality of components to produce a closing head can be produced, which has the following features: a. a base body (3) with an upper side (8) and a depression (9 ') arranged rotationally symmetrically relative to a central axis M of the punch rivet die (1') and formed on the
Oberseite (8) einen Durchmesser DM aufweist, b. die Vertiefung (9') umfasst einen radial außen angeordneten ringförmigen Entformungsabschnitt ( 10'), einen sich daran anschließenden Ringkanalabschnitt (20') und einen mittig angeordneten Matrizenboden (30'), wobei c. in einem parallel zur Mittelachse M verlaufenden Querschnitt der Stanznietmatrize ( 1 ') cl . eine Entformungsschräge (12') des Entformungsabschnitts (1 0') mit der Oberseite (8) der Stanznietmatrize (Γ) einen Winkel o ' im Bereich von 10° < « ' < 85° einschließt, c2. die Entformungsschräge (12') radial einwärts in eine kreisbogenförmige Senkung (22') des Ringkanalabschnitts (20') mit einem Radius R's in einem Bereich von 1/100 DM < R's < 7/100 DM übergeht und c3, radial einwärts die ki-eisbogenförmige Senkung (22') über zumindest eine erste Stufe (36) kreisbogenförmig zum Matrizenboden ansteigt. Upper side (8) has a diameter DM, b. the recess (9 ') comprises a radially outer annular demolding section (10'), an adjoining annular channel section (20 ') and a centrally arranged die bottom (30'), wherein c. in a cross section of the punching rivet die (1 '), which runs parallel to the central axis M a draft angle (12 ') of the demoulding section (10') with the upper side (8) of the punch rivet die (Γ) encloses an angle o 'in the range of 10 ° ≦ ≦ 85 °, c2. the Entformungsschräge (12 ') radially inwardly in an arcuate countersink (22') of the annular channel portion (20 ') with a radius R's in a range of 1/100 DM <R's <7/100 D M passes and c3, radially inwardly the ki -Ic-arc-shaped reduction (22 ') via at least a first step (36) circular arc rises to the die bottom.
1 1. Stanznietmatrize (Γ) gemäß Patentanspruch 10, deren Matrizenboden (32") eine mittig angeordnete rotationssymmetrische Erhebung (40) aufweist, die krummlinig, kreisbogenförmig, halbelliptisch oder zylindrisch ausgebildet ist. 1 stanznietmatrize (Γ) according to claim 10, the die bottom (32 ") has a centrally arranged rotationally symmetrical elevation (40) which is curvilinear, circular arc, semi-elliptical or cylindrical.
12. Setzgerät mit einer Stanznietmatrize (1 ; 1 ') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1. 12. Setting device with a Stanznietmatrize (1, 1 ') according to one of claims 1 to 1 1.
1 3. Verbindung aus zumindest einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil mithilfe eines Stanzniets und einer Stanznietmatrize (1 ; Γ) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 1 1 , so dass ein die Verbindung charakterisierender Schließkopf komplementäre Formmerkmale in Bezug auf die Stanznietmatrize (1) aufweist. 1 3. Connection of at least a first component and a second component by means of a punch rivet and a punch rivet die (1; Γ) according to one of the claims 1 to 1 1, so that a closing head characterizing the connection has complementary shape characteristics with respect to the punch rivet die (1). having.
14. Verbindung gemäß Patentanspruch 13, in der das zum Schließkopf benachbarte zweite Bauteil aus einem zugspannungsempfindlichen oder spröden Material besteht, vorzugsweise 7000er Aluminium- Legierungen. 14. A compound according to claim 13, in which the closing head adjacent to the second component consists of a tension-sensitive or brittle material, preferably 7000er aluminum alloys.
15. Stanznietverfahren zur Herstellung einer Verbindung in zumindest einem ersten und einem zweiten Bauteil mithilfe eines Stanzniets, einem Setzgerät und einer Stanznietmatrize (1 ; ) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 1 1 , das die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen (Sl) der Stanznietmatrize (1 ; Γ) unterhalb eines Stempels des Setzgeräts, b. Anordnen (S2) des ersten und des zweiten Bauteils zwischen der Stanznietmatrize (1 ; ) und dem Stempel und c. Setzen (S3) eines Stanzniets in das erste und das zweite Bauteil bei gleichzeitiger Ausbildung eines Schließkopfes, der komplementär zu einer Innenkontur der Stanznietmatrize (1 ; Γ) ausgebildete Formmerkmale aufweist. A punch riveting method for making a joint in at least a first and a second component using a punch rivet, a setting tool and a punch rivet die (1;) according to any one of claims 1 to 11, comprising the steps of: a. Providing (Sl) the punch rivet die (1; Γ) below a punch of the setting tool, b. Arranging (S2) the first and second components between the punch rivet die (1;) and the punch and c. Setting (S3) of a punch rivet in the first and the second component with simultaneous formation of a closing head, which has complementary to an inner contour of the punch rivet (1; Γ) formed shape features.
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